引言
通過以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸已經(jīng)成為一種經(jīng)濟(jì),、有效的數(shù)據(jù)傳輸方式。越來越多的工業(yè)測控設(shè)備需要配置網(wǎng)絡(luò)接入功能,，不僅需要通過以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備間數(shù)據(jù)的傳輸，而且需要通過瀏覽器來實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備的交互,，從而對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測,、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維護(hù)和管理,。內(nèi)嵌于設(shè)備的Web服務(wù)器可以提供統(tǒng)一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面,，界面直觀易操作，大大降低了軟件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì),、維護(hù)工作量,，節(jié)省了人員培訓(xùn)費(fèi)用，提高了現(xiàn)場監(jiān)測和控制設(shè)備的管理水平,。
1關(guān)鍵器件的選擇
要實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器功能,，需要一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的TCP／IP協(xié)議棧，同時(shí)還需要一款與以太網(wǎng)的速度相匹配的高性能處理器,。
W3150A+芯片是一款TCP／IP硬協(xié)議棧芯片,，為高速的Internet連接提供了一種簡易、低成本的解決方案,。W3150A+芯片包含TCP、UDP,、ICMP,、IPv4、ARP和PPPoE等協(xié)議,，內(nèi)部有用來收發(fā)數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間16 KB；它提供了3種接口——直接的,、間接的和SPI,，同時(shí)可支持4個(gè)獨(dú)立的SOCKET，每個(gè)SOCKET具有2 KB的緩沖區(qū),。
LPC2292微控制器是一款由PHILIPS公司設(shè)計(jì)的基于ARM7TTDMI-S核的16／32位RISC處理器，可實(shí)現(xiàn)最大為60 MHz的CPU操作頻率,，內(nèi)部具有16 KB的RAM,，128／256 KB片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器,，具有可配置的外部8／16／32位總線，可進(jìn)行外部RAM擴(kuò)展,。
2嵌入式Web服務(wù)器硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。圖中僅給出了與Web服務(wù)器相關(guān)的部分,，電源,、鍵盤等電路省略。
系統(tǒng)選擇頻率為12 MHz的晶振,，設(shè)定LPC2292內(nèi)部PLL為4倍頻的工作頻率,，設(shè)定數(shù)據(jù)總線為16位與RAM進(jìn)行接口，RAM選用2片IS61LV51216,，為512K×16位的RAM。LPC2292通過8位數(shù)據(jù)總線對芯片W3150A+進(jìn)行讀寫,，芯片W3150A+通過MII(Media Independent Interface)接口連接到RTL8201,。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)到達(dá)芯片RTL8201時(shí),，通過MII接口到達(dá)芯片W3150A+,。芯片W3150A+自動(dòng)完成TCP／IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,，把數(shù)據(jù)接收到它的硬件緩沖區(qū),，并產(chǎn)生中斷通知LPC2292來讀取硬件緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，至此便完成1包網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收,。
當(dāng)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出1包數(shù)據(jù)時(shí),，LPC2292將RAM中準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)寫入W3150A+硬件發(fā)送緩沖區(qū),，通過發(fā)送指令，W3150A+通過MII接口發(fā)送到RTL201上,，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷,，通知LPC2292發(fā)送完畢。
3嵌入式Web服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)原理：首先要實(shí)現(xiàn)W3150+芯片TCP／IP驅(qū)動(dòng)接口,，在建立TCP連接時(shí)裝置作為TCPServer端，端口使用80,，然后，在此基礎(chǔ)上采用HTTP協(xié)議,，在HTTP協(xié)議基礎(chǔ)上采用HTML語言實(shí)現(xiàn)所要描述的網(wǎng)頁功能,。應(yīng)用時(shí)通過瀏覽器與Web服務(wù)器建立的TCP連接進(jìn)行信息解析,、交互,，以實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)頁上進(jìn)行參數(shù)的配置、修改,、程序在線升級(jí)與重新啟動(dòng)等。
由于系統(tǒng)應(yīng)用中關(guān)于Web的應(yīng)用不是很復(fù)雜,，故在本設(shè)計(jì)中未采用文件系統(tǒng),，所有網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)都保存在RAM中,。大約分配20 KB的RAM，通過重復(fù)利用此空間即可完成網(wǎng)頁的瀏覽與配置等操作,。
具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容：TCP／IP的驅(qū)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn),；HTTP協(xié)議的實(shí)現(xiàn),；HTML語言的網(wǎng)頁設(shè)計(jì)；Web服務(wù)器的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn),；權(quán)限管理,。
3.1TCP／IP的驅(qū)動(dòng)接口的實(shí)現(xiàn)
驅(qū)動(dòng)接口主要有：
其函數(shù)原型及代碼實(shí)現(xiàn)可參考芯片W3150A+的數(shù)據(jù)手冊,。
3.2 HTTP協(xié)議的簡介與實(shí)現(xiàn)
(1) HTTP協(xié)議簡介
①HTTP請求：
其中,，GET／HTTP信息最為關(guān)鍵,，此即為HTTP請求信息,。
②HTTP應(yīng)答：
當(dāng)裝置收到請求報(bào)文后就進(jìn)行應(yīng)答,，一般都處理為正確應(yīng)答。類似報(bào)文如下：
此報(bào)文表示：應(yīng)答正確，內(nèi)容類型為html語言,，報(bào)文長度為23 056，正文就是網(wǎng)頁內(nèi)容。
③瀏覽器POST：
用于瀏覽器客戶端與Web服務(wù)器的信息交互,。類似報(bào)文如下：
其中，IPladdr=192．100．20．50&IP2addr=192．100．1．200&…為POST提交的表單正文,。解析時(shí)，“IPladdr”為變量名,，“=192．100．20．50”為變量值，“&”為變量分割符,。據(jù)此可以得到從瀏覽器上輸入的參數(shù)值,。
(2)HTTP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)HTTP報(bào)文的特點(diǎn),，即HTTP請求,、POST提交表單參數(shù),、HTTP應(yīng)答等,，提供解析函數(shù)：
bool HttpStringParse(uchaI*recvBuff),；
對接收到的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)recvBuff進(jìn)行解析,，以得知是HTTP請求還是POST提交參數(shù)，然后根據(jù)情況進(jìn)行HTTP應(yīng)答,。
提交的表單參數(shù)解析則根據(jù)分隔符&對變量及變量值進(jìn)行處理,。
Web服務(wù)器在響應(yīng)某瀏覽器的請求后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉其TCP連接，以便其他瀏覽器能夠訪問此Web服務(wù)器,。
為了編程方便,，提供以下宏定義供參考：
其中：
HTTP_ACK_HEAD為Web服務(wù)器收到HTTP請求時(shí)進(jìn)行響應(yīng)的正確應(yīng)答頭。
HTTP_ACK_CONT_TYPE為通知瀏覽器Web服務(wù)器的應(yīng)答報(bào)文格式為HTML格式,。
HTTP_ACK_CONT_LEN為Web服務(wù)器的報(bào)文長度,。此長度必須與正文長度保持一致。
HTTP_ACK_CONNECT用于Web服務(wù)器在響應(yīng)某瀏覽器的請求后關(guān)閉其TCP連接,。
3.3 HTML語言編寫網(wǎng)頁
由于未采用文件系統(tǒng),，系統(tǒng)的網(wǎng)頁內(nèi)容也不多，因此可以開辟1片RAM區(qū),，根據(jù)應(yīng)用需要適當(dāng)分配Web緩沖區(qū),。本應(yīng)用中分配了20K WebBuf[]。
網(wǎng)頁的內(nèi)容以字符串的形式保存在WebBuf[]中,，在需要響應(yīng)時(shí)，按HTTP協(xié)議輸出RAM內(nèi)容,。
HTML語言教程,，可參考Internet網(wǎng)上資料,。
由于沒有文件系統(tǒng),，所有網(wǎng)頁都是以數(shù)據(jù)(字符數(shù)組)的形式存放在RAM中的。當(dāng)有超鏈接請求時(shí)，再重新生成響應(yīng)數(shù)據(jù)同時(shí)刷新WebBuf[]。
這里提供一個(gè)簡單的函數(shù)以實(shí)現(xiàn)html語言的編輯功能,，供參考,。
此函數(shù)實(shí)際上是利用sprintf()把html語言寫的字符串存入RAM緩沖區(qū)WebBuf[]，并得到數(shù)據(jù)正文的長度,。以同樣方法，將html語言網(wǎng)頁中的其他內(nèi)容全部利用sprintf()函數(shù)寫入WebBuf[]緩沖區(qū),。
3.4 Web服務(wù)器的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)
本應(yīng)用中使用μC／OS-II操作系統(tǒng),，建立一個(gè)任務(wù)taskWebServer()來實(shí)現(xiàn)相關(guān)Web的應(yīng)用,，負(fù)責(zé)管理Web相關(guān)處理事務(wù)，如瀏覽器的訪問請求,、瀏覽器的參數(shù)提交等,。
流程如圖2所示,，任務(wù)taskWebServer()等待接收到報(bào)文事件的觸發(fā),，未接收到瀏覽器請求時(shí)處于掛起狀態(tài),。當(dāng)taskWebServer()收到HTTP請求后進(jìn)行報(bào)文解析,，成功解析后根據(jù)報(bào)文類型進(jìn)行相應(yīng)的處理。輸出網(wǎng)頁時(shí),，先進(jìn)行應(yīng)答頭的處理，然后緊跟著的是Web正文數(shù)據(jù),，此正文數(shù)據(jù)由HTML語言構(gòu)成,。在處理完成后對Flag標(biāo)志復(fù)位,，使任務(wù)taskWebServer()重新處于掛起狀態(tài)，等待下一次瀏覽器請求或提交參數(shù)處,。
3.5權(quán)限管理
在應(yīng)用中往往需要對訪問或參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行權(quán)限管理。提供密碼機(jī)制是最簡單有效的手段?？梢栽诖a中加入JavaScript腳本,。
用一些較簡單的JavaScript腳本實(shí)現(xiàn)一些控制功能,。此方面可參考一些相關(guān)資料,。
4系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)及延伸
當(dāng)使用軟協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)TCP／IP方式時(shí),，對嵌入式處理器提出了更高的要求,。對于8／16位單片機(jī),，由于其所具有的資源和處理能力有限，不能保證最基本功能的TCP／IP協(xié)議棧和嵌入式操作系統(tǒng)的有效運(yùn)行,。
選用W3150A+芯片來實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議棧，可以大大降低主控微處理器在處理TCP／IP軟協(xié)議棧時(shí)的CPU消耗，以充分發(fā)揮微處理器對其他相關(guān)應(yīng)用的處理能力,。即使采用普通的單片機(jī),，也可滿足一般的應(yīng)用需求。
當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用不復(fù)雜時(shí)也可不采用嵌入式操作系統(tǒng),，以簡化軟件架構(gòu)和縮短軟件的開發(fā)周期,。
結(jié)語
基于芯片W3150A+實(shí)現(xiàn)的Web服務(wù)器功能，縮短了軟件的開發(fā)周期并降低了TCP／IP的實(shí)現(xiàn)難度,。嵌入式操作系統(tǒng)和高性能的ARM處理器相配合,，充分發(fā)揮了系統(tǒng)的各方面性能。
對于一些不復(fù)雜的Web應(yīng)用,，不采用文件系統(tǒng)而采用RAM緩沖區(qū)的方法可以很好地實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器功能,。在PC電腦上，通過在IE瀏覽器的地址欄中輸入裝置的IP地址,，可以訪問該裝置,，顯示其運(yùn)行參數(shù)、軟件版本,，并進(jìn)行參數(shù)的配置或一些必要的說明,，等等,。