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通過以太網進行傳輸已經成為一種經濟、有效的數據傳輸方式。越來越多的工業測控設備需要配置網絡接入功能，不僅需要通過以太網來實現各類設備間數據的傳輸，而且需要通過瀏覽器來實現人與設備的交互，從而對設備進行遠程監測、遠程控制、遠程維護和管理。內嵌于設備的Web服務器可以提供統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和通信系統的設計、維護工作量，節省了人員培訓費用，提高了現場監測和控制設備的管理水平。 1 關鍵器件的選擇 要實現Web服務器功能，需要一個可實現的TCP／IP協議棧，同時還需要一款與以太網的速度相匹配的高性能處理器。 W3150A+芯片是一款TCP／IP硬協議棧芯片，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等協議，內部有用來收發數據的內存空間16 KB；它提供了3種接口——直接的、間接的和SPI，同時可支持4個獨立的SOCKET，每個SOCKET具有2 KB的緩沖區。 LPC2292微控制器是一款由PHILIPS公司設計的基于ARM7TTDMI-S核的16／32位RISC處理器，可實現最大為60 MHz的CPU操作頻率，內部具有16 KB的RAM，128／256 KB片內FLASH程序存儲器，具有可配置的外部8／16／32位總線，可進行外部RAM擴展。 2 嵌入式Web服務器硬件設計 系統硬件結構框圖如圖1所示。圖中僅給出了與Web服務器相關的部分，電源、鍵盤等電路省略。 系統選擇頻率為12 MHz的晶振，設定LPC2292內部PLL為4倍頻的工作頻率，設定數據總線為16位與RAM進行接口，RAM選用2片IS61LV51216，為512K×16位的RAM。LPC2292通過8位數據總線對芯片W3150A+進行讀寫，芯片W3150A+通過MII(Media Independent Interface)接口連接到RTL8201。 當網絡上數據到達芯片RTL8201時，通過MII接口到達芯片W3150A+。芯片W3150A+自動完成TCP／IP協議轉換，把數據接收到它的硬件緩沖區，并產生中斷通知LPC2292來讀取硬件緩沖區數據，至此便完成1包網絡數據的接收。 當通過網絡發出1包數據時，LPC2292將RAM中準備好的數據寫入W3150A+硬件發送緩沖區，通過發送指令，W3150A+通過MII接口發送到RTL201上，完成數據的發送。發送完成后產生中斷，通知LPC2292發送完畢。 3 嵌入式Web服務器軟件設計 實現原理：首先要實現W3150+芯片TCP／IP驅動接口，在建立TCP連接時裝置作為TCPServer端，端口使用80，然后，在此基礎上采用HTTP協議，在HTTP協議基礎上采用HTML語言實現所要描述的網頁功能。應用時通過瀏覽器與Web服務器建立的TCP連接進行信息解析、交互，以實現從網頁上進行參數的配置、修改、程序在線升級與重新啟動等。 由于系統應用中關于Web的應用不是很復雜，故在本設計中未采用文件系統，所有網頁的數據都保存在RAM中。大約分配20 KB的RAM，通過重復利用此空間即可完成網頁的瀏覽與配置等操作。 具體實現內容：TCP／IP的驅動接口實現；HTTP協議的實現；HTML語言的網頁設計；Web服務器的應用層實現；權限管理。 3.1TCP／IP的驅動接口的實現 驅動接口主要有： 其函數原型及代碼實現可參考芯片W3150A+的數據手冊。 3.2 HTTP協議的簡介與實現 (1) HTTP協議簡介 ①HTTP請求： 其中，GET／HTTP信息最為關鍵，此即為HTTP請求信息。 ②HTTP應答： 當裝置收到請求報文后就進行應答，一般都處理為正確應答。類似報文如下： 此報文表示：應答正確，內容類型為html語言，報文長度為23 056，正文就是網頁內容。 ③瀏覽器POST： 用于瀏覽器客戶端與Web服務器的信息交互。類似報文如下： 其中，IPladdr=192．100．20．50&IP2addr=192．100．1．200&…為POST提交的表單正文。解析時，“IPladdr”為變量名，“=192．100．20．50”為變量值，“&”為變量分割符。據此可以得到從瀏覽器上輸入的參數值。 (2)HTTP協議的實現 根據HTTP報文的特點，即HTTP請求、POST提交表單參數、HTTP應答等，提供解析函數： bool HttpStringParse(uchaI*recvBuff)； 對接收到的數據緩沖區recvBuff進行解析，以得知是HTTP請求還是POST提交參數，然后根據情況進行HTTP應答。 提交的表單參數解析則根據分隔符&對變量及變量值進行處理。 Web服務器在響應某瀏覽器的請求后應及時關閉其TCP連接，以便其他瀏覽器能夠訪問此Web服務器。 為了編程方便，提供以下宏定義供參考： 其中： HTTP_ACK_HEAD為Web服務器收到HTTP請求時進行響應的正確應答頭。 HTTP_ACK_CONT_TYPE為通知瀏覽器Web服務器的應答報文格式為HTML格式。 HTTP_ACK_CONT_LEN為Web服務器的報文長度。此長度必須與正文長度保持一致。 HTTP_ACK_CONNECT用于Web服務器在響應某瀏覽器的請求后關閉其TCP連接。 3.3 HTML語言編寫網頁 由于未采用文件系統，系統的網頁內容也不多，因此可以開辟1片RAM區，根據應用需要適當分配Web緩沖區。本應用中分配了20K WebBuf[]。 網頁的內容以字符串的形式保存在WebBuf[]中，在需要響應時，按HTTP協議輸出RAM內容。 HTML語言教程，可參考Internet網上資料。 由于沒有文件系統，所有網頁都是以數據(字符數組)的形式存放在RAM中的。當有超鏈接請求時，再重新生成響應數據同時刷新WebBuf[]。 這里提供一個簡單的函數以實現html語言的編輯功能，供參考。 此函數實際上是利用sprintf()把html語言寫的字符串存入RAM緩沖區WebBuf[]，并得到數據正文的長度。以同樣方法，將html語言網頁中的其他內容全部利用sprintf()函數寫入WebBuf[]緩沖區。 3.4 Web服務器的應用層實現 本應用中使用μC／OS-II操作系統，建立一個任務taskWebServer()來實現相關Web的應用，負責管理Web相關處理事務，如瀏覽器的訪問請求、瀏覽器的參數提交等。 流程如圖2所示，任務taskWebServer()等待接收到報文事件的觸發，未接收到瀏覽器請求時處于掛起狀態。當taskWebServer()收到HTTP請求后進行報文解析，成功解析后根據報文類型進行相應的處理。輸出網頁時，先進行應答頭的處理，然后緊跟著的是Web正文數據，此正文數據由HTML語言構成。在處理完成后對Flag標志復位，使任務taskWebServer()重新處于掛起狀態，等待下一次瀏覽器請求或提交參數處。 3.5 權限管理 在應用中往往需要對訪問或參數的設置進行權限管理。提供密碼機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腳本實現一些控制功能。此方面可參考一些相關資料。 4 系統的擴展設計及延伸 當使用軟協議棧實現TCP／IP方式時，對嵌入式處理器提出了更高的要求。對于8／16位單片機，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協議棧和嵌入式操作系統的有效運行。 選用W3150A+芯片來實現TCP／IP協議棧，可以大大降低主控微處理器在處理TCP／IP軟協議棧時的CPU消耗，以充分發揮微處理器對其他相關應用的處理能力。即使采用普通的單片機，也可滿足一般的應用需求。 當整個系統應用不復雜時也可不采用嵌入式操作系統，以簡化軟件架構和縮短軟件的開發周期。 結語 基于芯片W3150A+實現的Web服務器功能，縮短了軟件的開發周期并降低了TCP／IP的實現難度。嵌入式操作系統和高性能的ARM處理器相配合，充分發揮了系統的各方面性能。 對于一些不復雜的Web應用，不采用文件系統而采用RAM緩沖區的方法可以很好地實現Web服務器功能。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，顯示其運行參數、軟件版本，并進行參數的配置或一些必要的說明，等等。 |
