嵌入式web服务器毕业论文.doc
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1、嵌入式WEB服务器摘 要随着计算机、网络通信和Internet 技术的飞速发展和不断进步,嵌入式系统在家庭和工业应用越来越广泛。如何将嵌入式系统和工业控制系统接入Internet,综合利用嵌入式系统资源,实现嵌入式系统的远程管理和控制,已成为倍受关注的研究课题,而实现嵌入式系统的网络化则成为嵌入式系统的发展趋势。嵌入式Web在网络视频监控系统、电力系统的远程监测与故障诊断、工业自动化系统中设备的保护和控制、智能小区及智能家电灯诸多领域都有良好的应用,为人们管理、控制和监测各种各样的设备提供了一个很好的途径。因此,对嵌入式Web服务器的研究具有重大的意义。 本文首先介绍了嵌入式Web系统的基本概
2、念、历史和发展状况,同时阐述了设计及实现嵌入式Web服务器的关键技术和相关的理论基础。对嵌入式Web服务器的相关理论做了重点分析,最后做出实验,完成了基于ARM平台的简单嵌入式Web服务器的实现,为嵌入式Web服务器开发人员提供了必要了理论和实践基础。关键词:嵌入式;ARM;Web服务器;Socket;InternetThe embedded WEB serverABSTRACTWith the rapid development and advances of computers, network communications and Internet technology, the app
3、lications of the embedded systems in the home and industrial are more and more extensive. How to make the embedded systems and industrial control system access to Internet, comprehensive make use of resources of embedded systems, realization the embedded systems of remote management and control, has
4、 become times be subjected to concern of research topic, and the realization of networked embedded systems has become a trend.Embedded Web in the network video monitoring system, remote power system monitoring and fault diagnosis, industrial automation system protection and control devices, smart ap
5、pliances and smart residential area of lights have a good number of applications, which for people to manage, control and monitoring of a variety of equipment types provided a good way. Therefore, the study of embedded Web server has the meaning of great significance.This article first introduced th
6、e embedded Web systems basic concept, the history and the development condition, simultaneously elaborated design and realizes the embedded Web servers key technologies and the correlation theories foundation. Here it makes a selective analysis to the embedded Web servers correlation theories, final
7、ly make the experiment done, and complete the realization based on ARM platform simple embedded Web server, which has provided essential theory and practice foundation for the embedded Web server development personnel.Key words: Embedded ;ARM ;Web server ;Socket; Internet目录嵌入式WEB服务器IThe embedded WEB
8、 serverII第1章 绪论11.1 课题的研究意义11.2 国内外研究现状11.3 论文研究内容3第2章 相关理论与知识42.1 嵌入式Web服务器的硬件构成42.1.1金牛开发板42.1.2CPU芯片62.1.3以太网控制芯片62.2嵌入式Web服务器的软件构成72.3CGI技术82.3.1CGI概述82.3.2CGI工作原理82.4开发工具介绍92.4.1Keil介绍92.4.2Keil综述102.5本章小结10第3章 嵌入式WEB服务器的分析113.1 嵌入式Web技术113.2嵌入式Web服务器的应用123.2.1 在网络配置和监控方面的应用123.2.2 在Internet方面的
9、应用123.3 嵌入式Internet技术的应用前景133.4嵌入式Web服务器中TCP/IP栈的实现143.4.1嵌入式TCP/IP协议栈概述143.4.2 ARP协议实现143.4.3 IP协议实现153.4.4ICMP协议实现153.4.5TCP协议实现153.5 协议标准163.6 超文本传输协议(HTTP)163.6.1 HTTP协议简介163.6.2 HTTP协议工作过程183.6.3 HTTP协议信息交换的实现193.6.4 HTTP访问的常见响应状态203.7 嵌入式Web服务器实现方法203.8本章小结21第4章 简单的嵌入式Web服务器的实现224.1 需求分析与设计224
10、.1.1 设计总体需求说明224.1.2硬件的系统框架图224.1.3 软件的数据处理流程234.2 程序设计与实现244.2.1 主程序设计244.2.2 网络连接设计254.2.3 CGI网页的设计294.2.4 协议的设计314.3 程序编译、运行及测试334.3.1 编译应用程序334.3.2 下载调试344.3.3 本机测试354.4 本章小结36结 论37参考文献38致 谢39第1章 绪论 1.1 课题的研究意义Internet的迅猛发展,传统的Client/server体系结构(客户机/服务器),渐渐的在某些方面显示出它的局限性,Browser/server结构(浏览器/服务器)
11、的出现恰恰弥补了这种缺陷。B/S方式已成为一种时尚,大部分网络应用系统都是以这种B/S方式与网络用户交换信息。B/S的基础是客户端要有一个浏览器程序,服务器端要有一个与之对应的Web服务器。显然,Web服务器在B/S方式下起着决定性的作用,因此,一般互联网站都采用功能强大的通用Web服务器。随着网络各个核心部分业务量的提高,其访问量和数据流量快速增长,处理能力和计算强度也相应增大,使得单一设备根本无法承担,而且许多企业级应用系统的应用请求具有突发性和紧急性的特点,当应用访问急剧上升时,容易造成网络瓶颈。解决这一问题的办法是采用多台嵌入式Web服务器为一个应用服务,集群负载均衡机制就是为解决多个
12、网络设备之间实现合理的业务量分配而提出的。1.2 国内外研究现状中国的嵌入式系统开发走过了二十多年的历程,有超过数十万名从事开发应用的工程师,但大多数以上是几个人的小组以孤军奋战的封闭方式开发几乎不可重用的软件。今天面对的是嵌入式系统工业化的潮流,如果不能认识到嵌入式软件必须以工业化的方式生产开发,不理解在短时间内装配集成“数百人/年”的嵌入式产品,那么将失去更多的上游产品的市场机遇。嵌入式软件方面逐渐形成了系统软件、应用软件的架构。国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有40种左右。其中,国外涌现了一些著名的嵌入式操作系统,如:Vxworks、pSOS、WinCE、RTEK、palmOS、EpO
13、C、QNX、LynxOS、DSPhnux等。其中Vx/Orks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统:WinCE是一种32位的多任务操作系统,可以移植,能够开发多种企业和客户类设备,是微软公司的“维纳斯计划”的核心:3COM公司的Palm0S在PDA市场上占有很大的市场份额,它有开放的操作系统应用程序接口(API),开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。这些商业性嵌入式系统,价格昂贵,而且每个系统上的应用软件与其它系统很难兼容。并且,由于这种封闭性还导致了商业性嵌入式系统在对各种设备的支持方面存在很大的问题,使得对它们的软件移植变得很困难。这时Linux操作系统适时地出现
14、了,它的源代码公平,并有非常丰富的文档。Linux的出现,打破了微软在PC操作系统上的长期垄断地位,使得用户在选用操作系统时有了更多的选择。目前我国开发的主要产品有中科院系统的女娲Hopen、桑夏2000、Delta0.5、中科院红旗Linux,深圳蓝点Linux,北京科银京成(原电子科大的)CRTOS等。“中国Linux产业就像90多度的水”,它的应用市场不断扩大,应用领域已扩大到政府、金融、电信、教育、交通等行业及各种数字设备领域。国内外有大量嵌入式应用软件已广泛用于各类嵌入式系统中。大有国内紧跟国外趋势的形势。但是对于嵌入式Web服务器方面的研究国内现状不容乐观,目前国外的相关研究相对多
15、些。如林C/IP研究项目,它是一个为微控制器和嵌入式系统而设计的小型TCP/IP协议栈:又如CMX公司的MieroNetTCP/IP,它是为8位或16位微处理器而设计的,支持大部分的标准协议,连接方式有以太网连接、拨号连接和直接连接方式。而国内也相应提出了Webito协议标准,但是相对滞后,缺少具体的工程实现方面的研究和具体产品的开发。应用方面国内外基本相近。目前都是主要应用于各种计算机网络设备的配置与监控方面。有些公司己经推出了多种以不同方式连接Internet的网络化仪器和设备,例如Agileni公司研制出了具有Web浏览器远程接入功能的逻辑分析仪:Cisco公司己开始销售具备Web管理界
16、面的交换机等。但是随着这一技术的成熟与发展,加之这一技术的优点,目前的文献大都预见:这一技术必将广泛的应用于其它领域。面对国内外嵌入式Web服务器技术发展的差距,考虑到其广泛的应用前景,这一技术的研究和开发具有一定的迫切性和必要性。网络流量的爆炸似的增加,使得嵌入式Web服务器必须得面对不断增加的负载压力,将过去单一的服务器模式扩充为多服务器模式,用多台计算机来协作完成本来由一台服务器完成的功能,这种技术可以显著提高服务器的总体性能,并且具有良好的可扩展性与高可靠性。由于集群系统的优越性能,国内外各大研究机构及企业都对集群的研究与应用方面进行了探索。美国DEC公司开发的VMSeluster系统
17、开发最早,技术也较成熟,应用也很广泛,但由于VMS操作系统只能在DEC公司的VAX系列和AIPha系列服务器上运行,VMScluster的应用受到很大限制。Platform公司开发的高可用性集群系统LSF提供了分布式集群系统的解决方案,通过将物理上分离的多个集群连接在一起使多个同构或异构的计算机能够通过局域网或广域网共享计算资源,并能够为用户提供对资源的透明访问。国内也有不少公司进行了集群系统的研究和开发工作。联想公司在1999年9月推出了用于分布式高性能计算的NS10000高性能集群服务,该系统是一个四节点的系统,主要基于联想万全45008服务器,以总体成本相对较低的设备组合,足以替代传统班
18、SC小型机和中型机的工作,而价格仅为市场上同等性能小型机的1/2-1/40。朗讯公司也推出了类似于Urboduster的高可用性集群系统LongshineClusterServer。从国内外的研究现状看,目前集群系统的应用大都致力于高可用性问题的解决,真正基于负载均衡的集群系统还比较少,而且在大部分负载均衡集群中采用的都是轮转调度、加权轮转调度等静态调度算法。1.3 论文研究内容嵌入式Web服务器是指将Web服务器引入到现场测试和控制设备中,在相应的硬件平台和软件系统的支持下,使传统的测试和控制设备转变为具备了以TCP/IP为底层通信协议,Web技术为核心的基于互联网的网络测试和控制设备。EW
19、S系统与传统的Web应用相比,简化了系统结构,将信息采集和信息发布都集成到现场的测控设备中。而有了标准的接口形式和通信协议,内嵌于设备的从Web服务器同样可以向任何接入它所在网络的合法用户提供统一的基于浏览器方式的操作和控制界面,浏览器成了设备的前端控制板。由于Web技术的开放性和独立平台特性,大大降低了软件系统和通信系统的设计、维护工作量,节省了人员培训费用等,提高了现场测试和控制设备的管理水平。本文采用stm32f107的硬件构架,基于超文本传输协议(HTTP1.0)传输控制数据和用户信息,设计了简单的嵌入式Web服务器,通过以太网和HTTP数据传输共享小型嵌入式设备的信息,实现了嵌入式系
20、统的Internet接入,远程用户可通过浏览器访问嵌入式Web服务器,实现了嵌入式系统的远程控第2章 相关理论与知识2.1 嵌入式Web服务器的硬件构成 2.1.1金牛开发板 金牛嵌入式开发板采用 STM32F107VC,是意法半导体推出全新 STM32 互连 型(Connectivity)系列微控制器中的一款性能较强产品,此芯片集成了各种高 性能工业标准接口,且 STM32 不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性, 可以轻松适应更多的应用。新 STM32 的标准外设包括10 个定时器、两个 12 位 1-Msample/s AD(模数转换器) (快速交替模式下2M sample/s)、两
21、个 12 位DA(数 模转换器)、两个I2C 接口、五个USART 接口和三个 SPI 端口和高质量数字音频 接口IIS, 另外STM32F107 拥有全速USB (OTG)接口,两路CAN2.0B 接口,以 及以太网 10/100 MAC 模块.此芯片可以满足工业、医疗、楼宇自动化、家庭音响 和家电市场多种产品需求. 开发板硬件配置: STM32F107VC 32 位 RISC 性能处理器 32 位ARM Cortex-M3 结构优化 72 MHz 运行频率,1.25 DMIPS/MHz 硬件除法和单周期乘法 快速可嵌套中断,612 个时钟周期 具有 MPU 保护设定访问规则 高达256KB
22、Flash, 高达64KB 的SRAM 网络通信功能 一个 RJ45 网络接口,支持10M/100M 自适应网络 一个 RS485 网络通讯接口 两个 CAN BUS 网络通讯接口 人机交互接口 一个3.2寸或 2.8 寸大屏幕320*240,26 万色TFT-LCD,支持 8/16 位总线接口,镜面屏,超高高度 电阻式触摸屏,含专业高精度触摸屏控制芯片 (RSM1843) 四个LED 发光管指示,一个电源发光管指示 两个GPIO 按键 一个RESET 按键 两个RS232 串行通信接口(DB9) 串口1 用于通信,需设置跳线选择连接串口 1 串口2 用于通信支持 ISP,需设置跳线选择连接串
23、口2 一个mini AB 型 USB 插座,支持最新 USB OTG 技术,配备 USB 主 机转接线 ,从机转接线 USB OTG 功能,支持外接优盘 SPI 接口 一路连接 DATAFLASH (AT45DB161D) 一路连接到TFT 模块的触摸驱动芯片(RSM1843) IIC 接口 IIC 接口外接 EEPROM (24LC02) 一个SD 卡座SPI 操作方式(不含SD 卡),提供文件系统(FATFS) 外接两路独立的ADC 输入通道 外接两路独立的DAC 输出通道 一路电位器输入模拟信号 一个标准JTAG/SWD 调试接口(20pin) 供电方式: 5V 电源适配器或USB 供电
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