一種實(shí)用的嵌入式Web服務(wù)器設計

摘要：數字化變電站越來(lái)越多地采用以太網(wǎng)技術(shù)，針對各種保護和控制IED(Integlrated Drive Electronlcs)的參數配置以及狀態(tài)監測問(wèn)題，本文通過(guò)對Linux平臺上的BOA服務(wù)器和CGIC的源碼進(jìn)行研究和修改，設計了一種實(shí)用的嵌入式Web服務(wù)器。它可方便地在支持TCP／IP協(xié)議的非Linux的嵌入式系統上運行，在不影響IED原有功能的前提下對用戶(hù)提供Web服務(wù)，同時(shí)提出了一種適合嵌入式系統使用的訪(fǎng)問(wèn)權限認證和對Web頁(yè)面的管理及動(dòng)態(tài)生成機制，并支持Web方式下文件的上傳與下載。它為變電站現場(chǎng)嵌入式IED的遠端訪(fǎng)問(wèn)與控制提供了一種新的思路和方法。
關(guān)鍵詞：數字化變電站；嵌入式IED；TCP／IP；嵌入式Web服務(wù)器；BOA；CGIC

引言
數字化變電站是建立在網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)和電子技術(shù)基礎上的一種新型變電站自動(dòng)化系統，其中一個(gè)重要特征就是二次設備的網(wǎng)絡(luò )化。目前在國內的數字化變電站試點(diǎn)中，已經(jīng)出現了大批支持以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議的嵌入式IED，在具體開(kāi)發(fā)和應用中發(fā)現，由于現場(chǎng)環(huán)境的復雜多變以及客戶(hù)需求的多樣性，經(jīng)常需要對這些IED進(jìn)行參數的配置和修改。但廠(chǎng)家多采用專(zhuān)門(mén)的配置軟件來(lái)進(jìn)行，操作界面不夠統一，給現場(chǎng)操作帶來(lái)諸多不便。而采用Web服務(wù)器技術(shù)，則只需要瀏覽器便可實(shí)現對IED參數的在線(xiàn)修改與配置，從而極大地方便了對設備的維護和管理。目前，Web服務(wù)器功能在數字化變電站中，多用于調度與監控端設計，單純在IED上實(shí)現Web服務(wù)器功能的報道尚不多見(jiàn)。本文通過(guò)對Linux平臺上運行的BoA Web服務(wù)器和CGIC的研究，將原本兩個(gè)獨立運行的程序整合為多任務(wù)系統中的一個(gè)任務(wù)實(shí)體，并對其進(jìn)行相應的精簡(jiǎn)和修改；設計并實(shí)現了一種可在一般嵌入式系統上運行的，既相對簡(jiǎn)單又響應快速的嵌入式Web服務(wù)器。目前已在相關(guān)裝置上得到應用，取得了較好的使用效果。
BOA和CGIC是兩個(gè)基于Linux的開(kāi)源軟件，代碼采用C語(yǔ)言實(shí)現，程序小巧靈活、執行高效，非常適合于嵌入式系統的應用環(huán)境。但目前多用于Linux或μClinux的系統平臺上。鮮見(jiàn)有用于其他系統的相關(guān)報道。
其中BOA是一個(gè)單任務(wù)的HTTP服務(wù)器，它的設計目標主要是速度和安全。因此，它不像傳統的Web服務(wù)器，為每個(gè)訪(fǎng)問(wèn)連接單獨開(kāi)啟一個(gè)進(jìn)程，也不會(huì )為處理多個(gè)連接而開(kāi)啟多個(gè)自身的拷貝。BOA對所有活動(dòng)的HTTP在內部進(jìn)行連接處理，只為每個(gè)CGI連接啟動(dòng)新的進(jìn)程，在同等硬件下相比其他服務(wù)器具有更快的訪(fǎng)問(wèn)速度。而CGIC是一個(gè)為支持通用網(wǎng)關(guān)接口CGI(Common Gateway Interface)而開(kāi)發(fā)的C語(yǔ)言庫，通常和BOA聯(lián)合使用，它可接收由瀏覽器通過(guò)GET或POST方法傳輸過(guò)來(lái)的表單及文件數據，并提供了對這些數據進(jìn)行解析的方法，使用非常方便，且源碼也易通過(guò)因特網(wǎng)獲得。
基于以上原因，本文主要基于這兩種技術(shù)來(lái)實(shí)現IED裝置內部的嵌入式web服務(wù)器功能。

1 系統概述
嵌入式Web服務(wù)器EWS(Embedded Web Server)是指將Web服務(wù)器引入到現場(chǎng)測試和控制設備中，在相應的硬件平臺和軟件系統的支持下，使傳統的測試和控制設備轉變?yōu)榫邆淞艘訲CP／IP為底層通信協(xié)議，Web技術(shù)為核心的基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )測試和控制設備。其中，Web瀏覽器和EWS的交互過(guò)程如圖1所示。

首先由Web瀏覽器發(fā)出HTTP請求報文，并建立TCP連接，然后由EWS根據其請求報文來(lái)提供相應的狀態(tài)和頁(yè)面信息，若只是請求靜態(tài)頁(yè)面，則無(wú)需通過(guò)CGI，直接返回該對應頁(yè)面即可；反之則需要通過(guò)CGI來(lái)進(jìn)行相關(guān)報文數據的解析，并根據解析結果來(lái)生成動(dòng)態(tài)頁(yè)面以返回給客戶(hù)端瀏覽器。這樣，完成一次交互過(guò)程后，即可釋放該TCP連接。
本文的設計目標是將Web服務(wù)器的功能僅作為DSP／BROS中的一個(gè)任務(wù)，只在監聽(tīng)到HTTP協(xié)議對應端口(通常為80)上的TCP連接請求時(shí)，才運行該任務(wù)。但是傳統的BOA并沒(méi)有對用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)權限的控制對頁(yè)面的管理也依賴(lài)于Linux系統，因此，結合變電站運行的特殊性，本文所設計的EWS系統結構框圖如圖2所示。

系統運行時(shí)，由HTTP連接管理模塊負責對網(wǎng)絡(luò )端口進(jìn)行監聽(tīng)，當監聽(tīng)到有連接請求到達后，即進(jìn)入HTTP報文解析模塊進(jìn)行處理，如果解析錯誤，則直接返回HTTP連接管理模塊，發(fā)出相應的響應報文并關(guān)閉該連接；否則，則根據對報文解析的結果，提取出本次要訪(fǎng)問(wèn)的URL，并將其交給訪(fǎng)問(wèn)權限管理模塊，以查看該客戶(hù)端是否具有足夠的權限；然后再轉由頁(yè)面文檔管理模塊進(jìn)行處理，根據對報文的初步解析以及對訪(fǎng)問(wèn)權限的判斷，由頁(yè)面文檔管理模塊來(lái)決定是否調用CGI，以實(shí)現文件的下載上傳及響應文檔的生成，從而將正確的響應報文及頁(yè)面文檔轉交給HTTP連接管理模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )數據的應答回送。