基于S3C44B0与uClinux构建web服务器

　　1 引言

　　随着互联网在全球的飞速发展，网络技术广泛应用于各种企业和工业系统，越来越多的信息化产品需要能够接入互联网通过web页面进行远程访问和控制。嵌入式web服务器是当今研究嵌入式[1]的应用热点，可广泛的应用到工业设备，自动化农业，信息化家电，远程监控报警系统等。目前正在开发的嵌入式系统中，将近一半的项目都选用Linux作为嵌入式操作系统，而uClinux是一个经过对标准Linux内核改动，高度优化、代码紧凑的嵌入式Linux[2]它保留了Linux的大多数优点，具有良好的移植性、优秀的网络功能。目前，基于三星S3C4510b与uClinux下web服务器已经实现，而基于S3C44B0与uClinux下web服务器的实现尚不多见。本文通过网口控制芯片RTL8109AS与S3C44B0的连接，实现了硬件设计，采用uClinux源代码和boa服务器源代码的编译以及CGI网关接口程序的编写实现了软件设计，在自行设计的S3C44B0开发板上实现了基于uClinux下的boa服务器和动态网页CGI网关接口程序，通过浏览器输入开发板的IP地址就可以动态地访问开发板上的网页。

　　2 硬件方案实现

　　本文设计的ARM开发板的核心是三星(Samsung)S3C44B0微处理器，是基于ARM7TDMI[3]的 RISC型CPU，是性价比较高的嵌入式32位处理器之一。S3C44B0芯片包含一个使用了66MHz和单周期精简指令处理器(ARM7TDMI)，内建8k高速缓存器，2通道通用DMA、2通道外设DMA并具有外部请求引脚、2通道UART带有握手协议、11通道SIO、1通道多主IIC-BUS控制器、5个PWM定时器、71个通用I/O口等等并且能够与常用的外围设备实现无缝连接，从而简化了外围电路设计，降低了产品成本、体积和功耗。本文自行设计的开发板使用16MSDRAM和2Mflash的内存构架。其中Flash型号是SST39VF160，主要用于存放BIOS程序、uClinux内核映象以及ROMFS文件系统。SDRAM则采用两片HY57V641620，共同组成16M、32位宽的系统主存储器。外设方面，采用CS4334芯片进行音频扩展，采用PDIUSBD12芯片扩展了一个USB接口，串口控制芯片采用常见的MAX232，网口控制芯片采用Realtek公司的 RTL8109AS扩展1个10/100M的网卡设备。开发板框架如图1所示:

　　图1 开发板整体框架图

　　3 软件设计

　　3.1 uClinux在S3C44B0上的移植

　　本开发板采用 uClinux作为操作系统，uClinux是专门针对没有MMU的CPU，适合嵌入式系统小型化应用。uClinux经过对标准Linux内核的改动，形成了一个高度优化、代码紧凑的嵌入式Linux，uClinux保留了Linux的大多数优点:稳定，良好的移植性，优秀的网络功能，完备的对各种文件系统的支持，以及标准丰富的API。而且在uClinux系统上开发的应用程序可移植性很好，系统升级也非常容易，所以本文选用uClinux作为嵌入式操作系统。在S3C44B0上对uClinux内核进行的移植过程为:

　　首先对其源代码进行编译，从网上下载一个uClinux源代码，一般是压缩格式(tar.gz)的，将其解压，在当前目录下产生一个uClinux-dist目录，进入uClinux-dist目录，然后依次键入

　　(1) make menuconfig 进入菜单化的源代码配

　　置工具

　　(2) make clean 清除所有的编译结果

　　(3) make dep 设置文件依赖关系

　　(4) make lib_only 编译库文件

　　(5) make user_only 编译应用程序

　　(6) make romfs 编译文件系统

　　(7) make image 生成映象文件

　　(8) make 完成整个编译过程

　　编译完成后，在image下产生三个文件，image.ram，image.rom，romfs.img。将image.rom通过网口用tftp工具下载到系统板的flash中0x0处，上电键入BIOS提供的命令，uClinux便从SDRAM启动，完成移植过程[4-5]。

　　3.2 基于uClinux的web技术实现

　　(1) web服务器的工作原理[6-7]

　　web 服务器作为一个数据载体，可以将本地的信息和数据通过网络传递给远端发出请求的客户，这在远程监控的实现有很大的意义。web服务器监听用户端的服务请求，根据用户请求的类型提供相应的服务。用户端使用web浏览器和web服务器进行通信。web服务器在接收到用户端的请求后，处理用户请求并返回需要的数据。一个完整的HTTP事务一般由以下四个阶段组成:

　　l 客户与服务器建立TCP连接;

　　l 客户向服器发送请求;

　　l 如果请求被接受，则由服务器发送应答，在应答中包括状态码和所要的文件;

　　l 客户与服务器关闭连接。

　　(2) uClinux下web服务器的实现

　　从本质上讲，web服务器是在计算机幕后运行的程序，等待发自web浏览器的各种请求。当接受到请求时，它用被请求的文档或错误消息进行答复。大多数的web服务器都提供后端技术，就象CGI，能够使web服务器和已有的应用程序相连，从而提供交互式活动和信息检索。

　　uClinux 下，主要有三个web服务器:httpd，thttpd和boa。Httpd[9]是最简单的一个web服务器，功能也最弱，不支持认证、CGI。 thttpd web服务器和boa web服务器都支持认证、CGI等，功能都比较全。本开发板选用适合于嵌入式应用的boa web服务器。boa是一个单任务的http服务器，源代码开放、性能高。它和传统服务器的主要区别是:它是单进程的，在接到新的httpd请求时并不 FORK出一个新的进程来响应，不能对每个到来的连接处理，而且也不能将自己拷贝很多份来处理多连接。它在内部处理所有正在进行的http连接请求，只对单独的CGI程序、自动文件的产生、自动文件的解压等请求FORK出新进程。它的优点是代码简单、速度快、适合于嵌入式应用。对于嵌入式系统来说，实现 web服务器主要是为了使用www浏览器，最终让用户通过局域网或广域网访问和控制嵌入式系统设备。编写不同的HTML页面并结合CGI技术可以完成各种灵活、友好的交互功能。在uClinux下实现boa，本文具体对boa.conf和mime.types文件进行了几项修改:

　　(1) 由于根文件系统是只读的，不能用mkdir来新建目录，所以在编译内核前建好要用到的目录，在此把web服务器的根目录设在/home/下，将服务器文档根目录设在/home/httpd/目录下，把实现动态web网页功能的CGI程序放在/home/httpd/cgi-bin/ 目录下。这几个目录的建立通过修改开发平台的makefile来实现。在ROMFS_DIRS=bin dev etc home lib mnt proc usr var 增加home/httpd home/httpd/cgi-bin。这样修改后，通过上面的编译内核步骤编译后，根文件系统中就包含这些新建的目录。

　　(2) 指定web服务器的根目录路径，进入uClinux-dist/user/boa/src/目录下，通过修改define.h文件中 #define SERVER_ROOT/home语句来指定SERVER_ROOT。修改boa.conf文件，在uClinux- dist/user/boa/src/boa.conf里将User nobody，Group nogroup改为User 0，Group 0，Document Root/var/www改为DocumentRoot/home/httpd，定义默认首页和CGI程序所在的目录，即:

　　DirectoryIndex index.html，ScriptAlias /cgi-bin/ /home/httpd/cgi-bin/miNI.type不需要修改。Boa.conf和mini.types必须放到web服务器根目录下，把修改后的boa.conf和mini.types复制到uClinux-dist/romfs/home下，然后对uClinux- dist/Vendors/Samsung/4510b/inittab修改，在inet:unknow/bin/inetd后加入boa: unknown/bin/boa c/home。这样配置好后，此时web服务器的根目录为/home/httpd，httpd目录下放的是web服务器可以访问的文件，包括html网页，JPG图片等。/home/httpd目录下放置的文件和网站文件类型完全一样，其中index.html为远程浏览客户访问web服务器所看到的默认首页值，通过超级链接可以链接到/romfs/home/httpd目录以及其所有子目录下的所有静态网页。如果要实现动态网页，只能采用CGI，因为目前uClinux还不支持ASP，PHP等技术。CGI即通用网关接口，它是一个WWW服务器主机对外服务的标准接口，一般来说一个CGI接口的功能就是在超文本和服务器主机应用程序间传递信息。目前最为流行的CGI[10]程序语言有四种:C,Shell,Perl和Visual Basic。CGI程序属于一个外部程序，需要编译成为可执行文件，才能在服务端运行，其应用程序流程图如图2所示:

　　图2 CGI程序流程图

　　图3 uClinux下内嵌网页

　　图4 LED演示程序界面

　　浏览器将用户输入的数据送到web服务器，web服务器将数据使用stdin送给CGI程序，在执行CGI程序后，可能会访问存储数据的一些文档，最后使用stdout输出html形式的结果文件，经过web服务器送回浏览器显示给用户。

　　本文通过c语言来编写CGI程序，编译成二进制文件放在/cgi-bin/目录下，由于前面配置了boa服务器的CGI目录, ScriptAlias/cgi-bin//home/httpd/cgi-bin/, 所以/cgi-bin/目录下的CGI程序就能被正确执行。配置完成后，重新编译内核，编译时选中boa选项将编译好的内核下载到开发板，启动 uClinux完成IP配置，启动boa web服务器之后就可以通过浏览器浏览网页了，如果想启动uClinux时自动启动boa web服务器，可以修改rc文件，进入uClinux-dist/vendors/Samsung/4510b，在运行脚本中加入boa c/home/&修改后重新编译内核，再下载到开发板运行，运行uClinux后即可访问网页了。下面结合一个例子来说明如何实现uClinux 下的动态网页技术。先用HTML语言编写web内嵌网页(如图3)，然后点击内嵌主页上的LED DEMO演示程序超级链接，进入到网页的下一界面(如图4)，由ACTION属性来指定要用到用到的CGI程序，即ACTION=/cgi- bin/led.cgi，由METHOD属性来指明所用的提交方法，即METHOD =POST。

　　选中LED复选框，然后点击SET，就能控制开发板上的发光二级管。说明uClinux下boa服务器已经运行成功。

　　4 结束语

　　本文通过硬件方案的实现、软件设计、以及uClinux下web技术的实现，实现了基于S3C44B0与uClinux下的 boa服务器。通过启动开发板上的boa服务器，在PC机上的浏览器键入开发板上的IP地址，就能访问开发板中内嵌的静态网页，通过CGI程序的实现，实现了网页的动态显示，并用一个控灯的例子对boa服务器的运行进行了实验验证。本文所实现的嵌入式web服务器通用性比较强，能够在嵌入式开发平台上高效率地运行，应用前景非常看好。