引言
遠程信息監(jiān)測系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡遠程收集目標信息并監(jiān)控目標對象運行狀態(tài)的嵌入式系統(tǒng),。遠程信息監(jiān)測系統(tǒng)中嵌入式Web服務器的使用,，可以使用戶通過瀏覽器訪問遠端的嵌入式設備，這樣能夠大大提高系統(tǒng)的易用性和可維護性,。目前,，在遠程監(jiān)測系統(tǒng)中普遍采用的實時數(shù)據(jù)采集方法是在網(wǎng)頁上嵌入Applet或ActiveX控件，但是這種方法不僅會威脅到客戶端的安全,，還增加了服務器的負擔,，從而限制了Web服務器的實現(xiàn)和應用。為了滿足資源有限的嵌入式系統(tǒng)的需要,，本文采用微型TCP／IP協(xié)議棧uIP,，在協(xié)議棧之上設計實現(xiàn)了基于CGI的動態(tài)Web服務器，并將AJAX技術應用到客戶端與服務器的實時數(shù)據(jù)交互中,。AJAX技術的實現(xiàn)是將JavaScript程序內(nèi)嵌在網(wǎng)頁中,，不需要在瀏覽器上另外安裝插件，降低了系統(tǒng)成本和Web服務器實現(xiàn)的難度,。

1 uIP協(xié)議棧分析
uIP是專為8／16位嵌入式微處理器設計的輕量級TCP／IP協(xié)議棧,。uIP本身的源代碼和占用的內(nèi)存資源都非常少，其源代碼只有幾KB,，RAM僅占幾百字節(jié),。uIP采用BSD授權(quán)，遵循RFC標準,，完全由C語言編寫,，具有良好的可移植性,，可免費用于非商業(yè)和商業(yè)用途。uIP協(xié)議棧有多個版本,，本設計采用的是uIP 1．0,。
為了減少對系統(tǒng)資源的要求，uIP的內(nèi)部實現(xiàn)主要采用以下設計措施：
①不支持動態(tài)內(nèi)存分配機制,，使用單一的全局緩沖區(qū)uip_buf收發(fā)網(wǎng)絡數(shù)據(jù),；
②著重實現(xiàn)了與完整TCP／IP通信所必需的ARP(地址解析協(xié)議)、IP(網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議),、TCP(傳輸控制協(xié)議)，而UDP(用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議),、ICM P(網(wǎng)絡控制報文協(xié)議)只作為可選模塊,；
③各層協(xié)議緊密耦合，應用協(xié)議也參與了部分協(xié)議棧功能的實現(xiàn),。
uIP的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示,。由圖1可以看出，uIP協(xié)議棧處于網(wǎng)絡通信的中間層,，用戶需要為uIP提供底層網(wǎng)卡驅(qū)動程序和定時器驅(qū)動程序,。

而uIP為底層系統(tǒng)提供了4個接口函數(shù)：uip_init()完成協(xié)議棧的初始化；uip_input()用于處理從以太網(wǎng)接收到的IP數(shù)據(jù)包,；uip_perio dic()用于協(xié)議內(nèi)核周期性地對各TCP連接的輪詢,；uip_udp_periodic()則用于UDP服務下對各UDP連接的輪詢。其中,，uip_input()和uip_per iodic()在協(xié)議的內(nèi)部采用同一個函數(shù)void uip_process(u8_t flag)實現(xiàn),，區(qū)別在于調(diào)用的參數(shù)不同。uIP主程序清晰地展示了各接口函數(shù)的調(diào)用方法,，其主程序流程圖如圖2所示,。

uIP的各處理程序會調(diào)用UIP_APPCALL()進行應用程序處理，用戶需要將UIP_APPCALL宏定義為實際的應用函數(shù)名,，應用程序就可以掛接到uIP中,，而uip_flags是協(xié)議棧提供給應用層查詢的狀態(tài)變量。

2 動態(tài)Web服務器的實現(xiàn)
在uIP中已經(jīng)提供了webserver的應用實例,，用戶可以參考它并根據(jù)自己的需求進行設計,。為了實現(xiàn)瀏覽器與服務器之間的交互性，本文采用了CGI動態(tài)Web技術,。CGI(Common Gateway Interface)是Web服務器與外部擴展應用程序交互的一種標準接口,。目前，服務器端的動態(tài)Web技術除CGI外,，還有ASP,、PHP,、JSP等解決方案，但它們或者是針對某種語言的,，或者是依賴于特定的操作系統(tǒng)或商業(yè)軟件,，只有CGI技術適用于資源有限、編程語言受限的嵌入式Web服務器,。設計的Web服務器的結(jié)構(gòu)如圖3所示,。

在系統(tǒng)初始化后Web服務器開始監(jiān)聽80端口，一旦有客戶端請求連接,，uIP就為其分配一個連接項,。服務器在收到HTTP請求后，首先依據(jù)請求文件的類型來判斷該請求是動態(tài)請求還是靜態(tài)請求,，如果請求的是HTML類型的文件則為靜態(tài)請求,；如果請求的是shtml類型的則為動態(tài)請求。
對于靜態(tài)請求,，服務器會直接查詢其文件系統(tǒng)是否存在該網(wǎng)頁,，如果存在就響應客戶端的請求；如果不存在就響應404請求錯誤網(wǎng)頁,。為了減少存儲資源的使用,，uIP沒有一般的文件系統(tǒng)，而是將所有靜態(tài)網(wǎng)頁存儲為常量數(shù)組,，并將這些數(shù)組串聯(lián)成一個文件鏈表,，采用輪詢的方式按照網(wǎng)頁名稱進行查詢。

如果請求的是動態(tài)網(wǎng)頁,，服務器會調(diào)用CGI服務程序,，CGI程序首先會根據(jù)HTTP請求參數(shù)調(diào)用相應的應用程序，生成動態(tài)數(shù)據(jù),，而后轉(zhuǎn)化為動態(tài)網(wǎng)頁,，由服務器端發(fā)往客戶端。CGI程序的處理流程如圖4所示,。

3 AJAX腳本
AJAX技術與其他Web技術相比,，主要有以下特點：
①把服務器的一部分工作轉(zhuǎn)移到客戶端，利用客戶端的處理能力,，減輕了服務器的負擔,；
②主要依靠XMLHttpRequest對象實現(xiàn)異步通信機制，避免數(shù)據(jù)更新時整個網(wǎng)頁的刷新,，降低了通信量,，節(jié)約了網(wǎng)絡帶寬；
③適當?shù)腁JAX技術應用可以實現(xiàn)更好的用戶體驗,。
AJAX技術的以上特點非常適合在資源有限的嵌入式系統(tǒng)中應用,。瀏覽器解析AJAX腳本并運行,，而服務器則會將瀏覽器請求的動態(tài)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)流的方式發(fā)送到客戶端，其實際運行時的通信數(shù)據(jù)如圖5所示,。

在筆者設計的動態(tài)網(wǎng)頁中,，異步交互部分的JavaScript代碼如下：

結(jié)語
筆者將本文的設計應用到油井電機參數(shù)的遠程監(jiān)控中，現(xiàn)場實驗結(jié)果表明,，整個監(jiān)控過程運行流暢,、部署方便、復用度高,。用戶的監(jiān)控頁面如圖6所示,。

本文在uIP協(xié)議棧上實現(xiàn)了基于AJAX和CGI的動態(tài)Web服務器，該方法實現(xiàn)的嵌入式Web服務器可以提供靜態(tài)信息的瀏覽,，也可以通過AJAX技術異步訪問服務器上的動態(tài)數(shù)據(jù),。AJAX的使用大大減少了服務器的開銷，節(jié)省CGI的處理時間,?；贏JAX和CGI技術的嵌入式Web服務器非常符合嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中低成本,、高可用性的要求,，對于在中低端平臺上實現(xiàn)嵌入式Web服務器的遠程信息監(jiān)測系統(tǒng)有較高的實用價值。