嵌入式Linux系統CGI程序設計技術(shù)

摘要：在詳細介紹一種嵌入式Web服務(wù)器BOA的實(shí)現與配置方法的基礎上，以一個(gè)Web在線(xiàn)遠程監控GPIO（通用輸入/輸出）的程序為實(shí)例，介紹嵌入式Linux系統下CPU程序設計技術(shù)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統Linux BOA CGI GPIO

1 概述

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)應用的普及，越來(lái)越多的信息化產(chǎn)品需要接入互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)Web頁(yè)面進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)。嵌入式Web系統提供了一種經(jīng)濟、實(shí)用的互聯(lián)網(wǎng)嵌入式接入方案。這里結合一種嵌入式Web Server BOA來(lái)介紹嵌入式Linux系統下的CGI程序設計技術(shù)。

2 Web Server BOA的實(shí)現與配置

2.1 uClinux下，主要有三個(gè)Web Server:HTTPD、THTTPD和BOA。HTTPD是最簡(jiǎn)單的一個(gè)Web Server,它的功能最弱，不支持認證，不支持CGI。THTTPD和BOA都支持認證、CGI等，功能都比較全。BOA是一個(gè)單任務(wù)的小型HTTP服務(wù)器，源代碼開(kāi)放、性能優(yōu)秀，特別適合應用在嵌入式系統中。目前的uClinux的代碼中已經(jīng)包含BOA的源代碼。在uClinux下實(shí)現BOA，只需要對BOA做一些配置和修改。以下是配置的過(guò)程。

（1）編譯BOA到內核

首先，需要把BOA編譯到內核，即執行make menuconfig，在應用程序選單中network application項下面選擇boa。該操作需要重新編譯內核。

（2）編制配置文件boa.conf

在Linux操作系統下，應用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，一般都是放在目標板/etc/目錄下或者/etc/config目錄下。但boa的配置文件boa.cont一般都旋轉在目標板/home/httpd/目錄下。

例如，一個(gè)典型的boa.conf文件格式如下：

ServerName Samsung-ARM

DocumentRoot/home/httpd

ScriptAlias/cgi-bin/home/httpd/cgi-bin/

ScriptAlias/index.html/home/httpd/index.html

它指定了HTML頁(yè)面必須放到/home/httpd目錄下，cgi外部擴展程序必須放到/home/httpd/cgi-bin目錄下。

（3）編譯燒寫(xiě)內核

重新編譯內核后，通過(guò)燒寫(xiě)工具燒寫(xiě)內核，就可以在PC上通過(guò)IE瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)開(kāi)發(fā)板上的Web Server。例如，輸入開(kāi)發(fā)板的IP地址http://192.168.0.101，即可訪(fǎng)問(wèn)到自己做的網(wǎng)頁(yè)index.html了。并且，通過(guò)編寫(xiě)CGI外部擴展程序，可以實(shí)現動(dòng)態(tài)Web技術(shù)，下面將詳細介紹。

2．2 具有MMU平臺的Linux下B0A的實(shí)現與配置

對于有MMU（內存管理單元）的平臺，如armlinux和ppclinux，可以到網(wǎng)上下載一個(gè)主流版本的boa發(fā)行包。因為是運行在目標系統，所以要用交叉編譯工具編譯，即需要修改boa/src/Makefile里面的編譯器。例如：

CC=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-gcc

CPP=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-g++

然后直接在boa/src目錄下執行make，即可生成BOA可執行文件；將其編譯入內核，并燒寫(xiě)到存儲設備，就可以實(shí)現訪(fǎng)問(wèn)BOA服務(wù)器。

3 CGI程序設計技術(shù)

CGI（Common Gateway Interface）是外部應用擴展應用程序與WWW服務(wù)器交互的一個(gè)標準接口。按照CGI標準編寫(xiě)的外部擴展應用程序可以處理客戶(hù)端瀏覽器輸入的數據，從而完成客戶(hù)端與服務(wù)器的交互操作。而CGI規范就定義了Web服務(wù)器如何向擴展應用程序發(fā)送消息，在收到擴展應用程序的信息后又如何進(jìn)行處理等內容。通過(guò)CGI可以提供許多靜態(tài)的HTML網(wǎng)頁(yè)無(wú)法實(shí)現的功能，比如搜索引擎、基于Web的數據庫訪(fǎng)問(wèn)等等。

3．1 工作原理

（1）WWW和CGI的工作原理

HTTP協(xié)議是WWW的基礎，它基于客戶(hù)/服務(wù)器模型，一個(gè)服務(wù)器可以為分布在網(wǎng)絡(luò )中處的客戶(hù)提供服務(wù)；它是建立在TCP/IP協(xié)議之上的“無(wú)連接”協(xié)議，每次連接只處理一個(gè)請求。在服務(wù)器上，運行產(chǎn)著(zhù)一個(gè)守護進(jìn)程對端口進(jìn)行監聽(tīng)，等待來(lái)自客戶(hù)的請求。當一個(gè)請求到來(lái)時(shí)，將創(chuàng )建一個(gè)子進(jìn)程為用戶(hù)的連接服務(wù)。根據請求的不同，服務(wù)器返回HTML文件或者通過(guò)CGI調用外部應用程序，返回處理結果。服務(wù)器通過(guò)CGI與外部程序和腳本之間進(jìn)行交互，根據客戶(hù)端在進(jìn)行請求時(shí)所采取的方法，服務(wù)器會(huì )收集客戶(hù)所提供的信息，并將該部分信息發(fā)送給指定的CGI擴展程序。CGI擴展程序進(jìn)行信息處理并將結果返回服務(wù)器，然后服務(wù)器對信息進(jìn)行分析，并將結果發(fā)送回客戶(hù)端。

外部CGI程序與WWW服務(wù)器進(jìn)行通信、傳遞有關(guān)參數和處理結果是通過(guò)環(huán)境變量、命令行參數和標準輸入來(lái)進(jìn)行的。服務(wù)器提供了客戶(hù)端（瀏覽器）與CGI擴展程序之間的信息交換的通道。CGI的標準輸入是服務(wù)器的標準輸出，而CGI的標準輸出是服務(wù)器的標準輸入?？蛻?hù)的請求通過(guò)服務(wù)器的標準輸出傳送給CGI的標準輸入，CGI對信息進(jìn)行處理后，將結果發(fā)送到它的標準輸入，然后由服務(wù)器將處理結果發(fā)送給客戶(hù)端。

（2）URL編碼

客戶(hù)端瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送數據采用編碼的形式進(jìn)行。該編碼就是CRL編碼。編碼的主要工作是表單域的名字和值的轉義，具體的做法為：每一對域和值里的空格都會(huì )被替換為一個(gè)加號（+）字符，不是字母或數字的字符將被替換為它們的十六進(jìn)制數字形式，格式為%HH。HH是該字符的ASCII十六進(jìn)制值。BR>標簽將被替換為“%0D%0A”。

信息是按它們在表單里出現的順序排列的。數據域的名字和數據域的值通過(guò)等號（=）字符連在一起。各對名/值再通過(guò)“”字符連接在一起。經(jīng)過(guò)這些編碼處理之后，表單信號就整個(gè)成為一個(gè)連續的字符流，里面包含著(zhù)將被送往服務(wù)器的全部信息。

因為表單輸入信息都是經(jīng)過(guò)編碼后傳遞給腳本程序的，所以CGI擴展程序在使用這些參數之前必須對它們進(jìn)行解碼。

3．2 CGI外部擴展程序編制

服務(wù)器程序可以通過(guò)三種途徑接收信息：環(huán)境變量、命令行和標準輸入。具體使用哪一種方法要由FORM>標簽的METHOD屬性來(lái)決定。

在“METHOD=GET”時(shí)，向CGI程序傳遞表單編碼信息的正常做法是通過(guò)命令來(lái)進(jìn)行的。大多數表單編碼信息都是通過(guò)QUERY_STRING的環(huán)境變量來(lái)傳遞的。如果“METHOD=POST”，表單信息將通過(guò)標準輸入來(lái)讀取。還有一種不使用表單就可以向CGI傳送信息的方法，那就是把信息直接追回在URL地址后面，信息和URL之間用問(wèn)號（？）來(lái)分隔。

下面結合Web遠程監控ARM芯片的GPIO（通用輸入/輸出）的應用實(shí)例詳細介紹。

（1）GET方法

GET方法是對數據的一個(gè)請求，被用于獲得靜態(tài)文檔。當使用GET方法時(shí)，CGI程序將會(huì )從環(huán)境變量QUERY_STRING獲取數據。為了處理客戶(hù)端的請求，CGI必須對QUERY_STRING中的字符串進(jìn)行分析。當需要從服務(wù)器獲取數據并且不改變服務(wù)器上的數據時(shí)，應該選用GET方法；但是如果請求中包含的字符串超過(guò)了一定長(cháng)度，一般是1024字節，那么就只能選用POST方法。GET方法通過(guò)附加在URL后面的參數發(fā)送請求信息。這些參數將被放在環(huán)境變量QUERY_STRING中傳給CGI程序。GET方法的表單格式和CGI解碼程序可以參考POST方法的實(shí)現。

（2）POST方法

當瀏覽器將數據從一個(gè)填寫(xiě)的表單傳給服務(wù)器時(shí)一般采用POST方法，而且在發(fā)送的數據超過(guò)1024字節時(shí)也必須采用POST方法。當使用POST方法時(shí)，Web服務(wù)器向CGI程序的標準輸入STDIN傳送數據。發(fā)送的數據長(cháng)度存在環(huán)境變量CONTENT_LENGTH中，并且，POST方法的數據格式為：

variable1=value1variable2=value2etc

CGI程序必須檢查REQUEST_METHOD環(huán)境變量以確定是否采用了POST方法，并決定是否要讀取STDIN。POST方法在HTML文檔中定義的表單如下：

FORM METHOD=POST ACTION="/cgi-bin/cgi_gpio.cgi">

INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="0">Operate P0BR>

INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="1">Operate P1BR>

INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="2">Operate P2BR>

INPUT NAME="ok"TYPE=submit VALUE="OK">INPUT>

NAME="cancel"TYPE=reset VALUE="RESET">/FORM>

它調用的服務(wù)器腳本程序是/cgi/bin/cgi_gpio.cgi。CGI擴展程序中FORM表單的解碼可參考如下程序：

/*function getPOSTvars*/

char **getPOSTvars(){

int i;

int content_length;

char **postvars;

char *postinput;

char **pairlist;

int paircount=0;

chr *nvpair;

char *eqpos;

postinput=getenv("CONTENT_LENGTH");//獲取傳送給程序數據的字節數

if(!postinput)

exit();

if(!content_length=atoi(postinput))) //獲取信息長(cháng)度

exit(1);

if(!(postinput=(char*)malloc(content_length+1)))

exit(1);

if(!fread(postinput,content_length,1,stadin))

exit(1);

postinput[content_length]='0';

for(i=0;postinput[i];i++)

if(postinput[i]=='+')

postinput[i]=''; //對加易進(jìn)行處理

pairlist=(char **)malloc(256*sizeof(char **));

paircount=0;

nvpair=strtok(postinput,"");//從出現“”字符的位置把信息分段，然后對結果依次處理

while (nvpair){

pairlist[paircount++]=strdup(nvpair);

if(!(paircount%256))

pairlist=(char**)realloc(pairlist,(paircount+256)*sizeof(char**));

nvpair=strtok(NULL,"");

}

pairlist[paircount]=0;

postvars=(char**)malloc((paircount*2+1)*sizeof(char **));

for(i=0;ipaircount;i++){

if(eqpos=strchr(pairlist[i],'=')){

*eqpos='0';

unescape_url(postvars[i*2+1]=strdup(eqpos+1));//調用unescape_url函數繼續解碼

}else{

unescape_url(postvars[i*2+1])=strdup(""));

}

postvars[paircount*2]=0;

for(i=0;pairlist[i];i++)

free(pairlist[i]);

free(pairlist);

free(postinput);

return postvars;

}

其中，unescape_url函數再調用x2c函數，把（不是字節或數字的）特殊字符從其%HH表示方式解碼為文本字符。

/*unescape_url function*/

static void unescape_url(char *url){

int x,y;

for(x=0,y=0;url[y];++x,++y){

if((url[x]=url[y])=='%'){

url[x]=x2c(url[y+1]);

y+=2;

}

}

url[x]='0';

}

(3)直接URL加參數傳遞方法

這是一種不使用表單就可以向CGI傳送信息的方法。它把信息直接追加在URL地址后面，信息和URL之間用號號（？）來(lái)分隔。例如，對于一個(gè)cgi_gpio.cgi的腳本，可以從如下的鏈接啟動(dòng)：

A HREF=/cgi-gpio.cgi!?flag=0 Operate P0/A>

A HREF>/*cgi-bin/cgi_gpio.cgi?flag=1 Operate P1/A>

A HREF=/cgi-bin_gpio.cgi?flag=2 Operate P2/A>

.

.

.

CGI擴展程序中可使用如下代碼接收信息：char *get_input;//用于接收環(huán)境變量

.

.

.

get_input=getenv(“QUERY_STRING”);

if(get_input){

get_input=strdup(get_input);

printf("QUERY_STRING if %s",get_input);

}

/*判斷flag=x信息*/

if(!strcmp(get_input,"flag=0")

...//Operate p0

else if(!strcmp(get_input,"flag=1")

...//Operate P1

else

...//Operate P2

對于上述三種方法，可以根據不同的應用場(chǎng)合和應用要求進(jìn)行選取。

結語(yǔ)

嵌入式Web Server系統方案可以廣泛應用在許多領(lǐng)域，如自動(dòng)化設備的遠程監控、嵌入式GSM短消息 平臺以及遠程家庭醫療等。并且，隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)應用領(lǐng)域的不斷深入，嵌入式Internet技術(shù)將得到更為廣泛的應用和發(fā)展。