利用軟件工具開(kāi)發(fā)嵌入式Web應用

越來(lái)越多的嵌入式設備將添加Web瀏覽功能，而支持Web功能的嵌入式處理器可以簡(jiǎn)化這類(lèi)設備的設計。本文分析了嵌入式Web功能的特點(diǎn)，并詳細描述了使用軟件工具開(kāi)發(fā)嵌入式Web應用的設計要點(diǎn)。

XML(可擴展標記語(yǔ)言)正在迅速成為嵌入式系統與應用之間的首選接口技術(shù)。我們有許多方法可以實(shí)現帶XML功能、支持Web瀏覽的嵌入式設備，從軟件到專(zhuān)用硬件。最簡(jiǎn)單的方法可能是完全用外部軟件執行Web處理，盡管從消耗的處理能力考慮，這種方法的成本也最高。在這種方法中，設計師有可能要利用諸如微軟Windows CE等嵌入式操作系統的性能。

然而，對于資源受限的嵌入式項目，設計師將發(fā)現一種更有效的方法是直接用硬件實(shí)現Web支持功能?？晒┻x擇的解決方案包括全32位處理器+Web服務(wù)器，以及兼具低功耗和高數據吞吐量特性的混合解決方案等。

目前，大部分主要的嵌入式架構都提供Web支持，包括Z80、MIPS、ARM和X86等。由于市面上存在數千種不同的嵌入式IC，因此設計師需要進(jìn)行調研：有些芯片只需要軟件，而其它芯片常常需要一塊外插卡來(lái)處理網(wǎng)絡(luò )連接。當把實(shí)現Web支持功能所需的最重要的硬件元件---以太網(wǎng)控制器集成到芯片上時(shí)，這樣的解決方案具有最低的成本。Zilog公司的eZ80 Acclaim微控制器正是這樣一種方案。

eZ80 Acclaim是一款帶有Web功能的微控制器，它包合一個(gè)高性能的嵌入式處理器和一個(gè)完整的軟件堆棧，以創(chuàng )建一種完整的嵌入式連接系統。該軟件堆棧支持標準TCP/IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議以及以太網(wǎng)和串口驅動(dòng)程序。

在嵌入式處理器上實(shí)現的Web支持不同于運行在PC架構上的Web服務(wù)器。標準的個(gè)人計算機和基于互聯(lián)網(wǎng)的Web設備將Web網(wǎng)頁(yè)存儲在諸如硬盤(pán)驅動(dòng)器等大容量存儲設備上，與此相反，由嵌入式處理器創(chuàng )建的Web網(wǎng)頁(yè)可以作為嵌入式數據元素進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。在存儲器和處理能力兩方面，嵌入式實(shí)現方案的資源都是受限的。帶XML功能、支持Web的嵌入式系統必須做得比PC更單薄、更簡(jiǎn)易、更智能。

將Web支持功能納入嵌入式應用的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它使工程師擺除了用戶(hù)界面設計的負擔。這是因為用HTML/XML編寫(xiě)然后轉換成C/C++代碼的嵌入式Web網(wǎng)頁(yè)提供了現成的用戶(hù)友好界面，具備支持復雜嵌入式系統的能力。

XML為數據交換帶來(lái)便利。XML針對不同系統之間的數據交換提供了一種不依賴(lài)于處理器的編碼方式。XML使用規定的標識符將編碼定義置于Web網(wǎng)頁(yè)內。設計師正在為采用XML語(yǔ)法的不同應用環(huán)境開(kāi)發(fā)不同的標識符定義集。例如，已完成的標識集包括用于電氣工程、電子商務(wù)、多媒體數據和純文檔信息的詞表。

我們有許多方式向其它系統來(lái)回傳送XML文檔。例如，它們可以作為HTTP對象傳送。這意味著(zhù)必須支持簡(jiǎn)單對象訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議(SOAP)或者XML-RPC必須被集成到服務(wù)器中。

為了在嵌入式系統中包含XML和HTML支持，這要求軟件工具提供特別的功能。尤其是，與嵌入式硬件密切相關(guān)的編譯器-連接器必須在設計上允許XML代碼嵌入到應用程序的C語(yǔ)言或匯編代碼中。

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，訪(fǎng)問(wèn)XML的功能是相當容易實(shí)現的：程序設計員只需在他的程序中加入一串“#include”聲明即可。Zilog公司面向eZ80 Acclaim的ZDS II開(kāi)發(fā)者套件正是采用這樣的操作手法。許多開(kāi)發(fā)者套件還包括HTML/XML網(wǎng)頁(yè)樣本，這極大地簡(jiǎn)化了任何項目。

實(shí)現過(guò)程

盡管“#include”聲明簡(jiǎn)單易用，但開(kāi)發(fā)者必須考慮訪(fǎng)問(wèn)嵌入式Web的其它幾項軟件元素。首先，在應用代碼中，開(kāi)發(fā)者必須包含一個(gè)調用HTTP初始化功能的命令。不過(guò)，在此過(guò)程中，最重要和最耗時(shí)的部分是要求把將被嵌入式系統用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的Web網(wǎng)頁(yè)內建到Web服務(wù)器中。

在操作中，當正在執行的代碼調用初始化功能時(shí)，Web網(wǎng)頁(yè)開(kāi)始在嵌入式處理器中形成。初始化功能看上去有些類(lèi)似于此：http_init (http_defmethods,http_defheaders, website, port)。

在我們的例子中，與這個(gè)命令最關(guān)聯(lián)的部分是“website”參數，它由用戶(hù)創(chuàng )建，并定義了將包含在嵌入式處理器支持的站點(diǎn)中的Web網(wǎng)頁(yè)。

在我們更深入地研究之前，需要重點(diǎn)指出Web網(wǎng)頁(yè)分為兩類(lèi)：靜態(tài)HTML網(wǎng)頁(yè)和動(dòng)態(tài)HTML網(wǎng)頁(yè)。靜態(tài)Web網(wǎng)頁(yè)不會(huì )改變。許多企業(yè)Web網(wǎng)站基本上都是靜態(tài)的，其功能主要是宣傳他們的服務(wù)和產(chǎn)品;所有訪(fǎng)問(wèn)這些站點(diǎn)的用戶(hù)都以相同的方式瀏覽網(wǎng)頁(yè)。

與之相反，動(dòng)態(tài)HTML網(wǎng)頁(yè)會(huì )根據用戶(hù)的反饋信息改變內容。搜索引擎和在線(xiàn)銀行網(wǎng)站是這類(lèi)網(wǎng)頁(yè)的代表，在這些網(wǎng)站，查看的內容會(huì )根據用戶(hù)輸入的數據而改變。

這對于嵌入式Web服務(wù)器的意義是：靜態(tài)頁(yè)面易于創(chuàng )建，它們可保存為在C語(yǔ)言軟件程序中的一串字符。它們通常不能保存為簡(jiǎn)單的ASCII文本文件，因為純粹的嵌入式設備沒(méi)有文件系統。另一方面，動(dòng)態(tài)頁(yè)面不能作為文件保存，因為它們的內容是變化的。它們必須實(shí)時(shí)生成。

這意味著(zhù)動(dòng)態(tài)文檔必須由一系列功能或參數拼湊而成。在生成Web網(wǎng)頁(yè)的過(guò)程中，系統需要執行一系列C函數，每個(gè)函數對應于在屏幕上顯示的一部分Web網(wǎng)頁(yè)。

然后，生成的XML/HTML頁(yè)面將傳送到瀏覽器。正是通過(guò)這些函數調用，程序設計員能夠使嵌入式系統完成用戶(hù)要求它執行的工作，例如讀取溫度傳感器，并生成一個(gè)向用戶(hù)顯示溫度的頁(yè)面。使用這些函數調用，程序設計員還可以編寫(xiě)讀取用戶(hù)輸入的代碼，用戶(hù)一般通過(guò)填寫(xiě)嵌入在Web瀏覽器中的表格來(lái)輸入信息?；谠诒砀裰械男畔?，程序設計員可以調節恒溫器和開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機等。

因此，“website”參數定義了組成Web頁(yè)面結構的排列。(注意，Web站點(diǎn)的每個(gè)網(wǎng)頁(yè)都必須有一個(gè)“webpage”參數。)

除初始化功能以外，程序設計員還必須謹慎對待其它幾個(gè)細節。例如，必須設置網(wǎng)絡(luò )連接的時(shí)間限制，啟動(dòng)一些網(wǎng)絡(luò )處理和建立shell程序(這樣命令才可以來(lái)回傳送)。在嵌入式Web服務(wù)器的程序中必須包括命令行。

那么，HTTP服務(wù)器是如何接收函數調用，并返回被請求的Web網(wǎng)頁(yè)呢?與大多數網(wǎng)絡(luò )協(xié)議一樣，HTTP采用客戶(hù)機-服務(wù)器模式。

HTTP客戶(hù)機打開(kāi)一個(gè)TCP連接，并向HTTP服務(wù)器發(fā)出一個(gè)請求。請求包含一個(gè)鑒別目標Web網(wǎng)頁(yè)的通用資源標識符。服務(wù)器隨后返回一個(gè)包含所請求資源的響應信息。

最后，程序添加最重要的元素---Web網(wǎng)頁(yè)本身。