基于ARM的嵌入式Web服务器设计

题目：基于ARM的嵌入式Web服务器设计与实现

学号：1308010139

姓名：吴明川

班级：1308010139

专业：计算机科学与技术

课程老师：孔军

二零一六年五月

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。

网络通信时，应用程序使用C/S（客户/服务器）模式进行信息交互。传统的服务器程序一般运行在大型的拥有高级操作系统的服务器的计算机上，这样服务器软件需要强大的硬件和系统软件支持。嵌入式网络服务器是利用嵌入式系统实现服务器的软件和硬件功能，是嵌入式技术和网络技术相结合的产物。与传统服务器相比，嵌入式Web服务器具有结构简单、体积小、可靠性强以及方便灵活等特点。这些让它具有很大的发展潜力。另一方面，嵌入式Web服务器与传统的web服务器相比，也受到一些限制。传统的Web服务器主要用于处理较大的客户量的同时并发访问，硬件方面有强大的处理器和内存支持，软件方面有商业数据库支持，而嵌入式Web服务器的处理能力和存储容量都有限，这就要求嵌入式Web服务器在设计过程中需要尽量合理利用资源。

将嵌入式技术与Web 技术相结合，已成为目前嵌入式系统的一个重要发展方向和必然趋势。利用源代码开放的uClinux 为操作系统平台，实现了以ARM 微处理器为核心的嵌入式Web 服务器，在分析了嵌入式Web 服务器的体系结构后，给出了系统的硬件结构组成和软件设计。对Web 服务器的测试结果表明，该服务器运行稳定、控制方便，将在智能家居、远程数据采集、工业控制等领域有着广泛的应用前景。

关键词：网络通信；嵌入式系统；ARM处理器；uClinux；Boa服务器；

引言

随着Internet 技术的飞速发展，导致许多领域的传统控制方式发生变革。这些领域的控制系统可以通过Web 服务器接入Internet，这样用户在世界任何一个地方都可以通过Internet 获取Web 服务器提供的信息，进而实现系统的远程控制和管理。但以具有高运算处理能力和海量存储容量的工作站或PC机为硬件平台，以非实时操作系统为软件平台，运行着大型复杂程序的传统Web 服务器，并非在任何环境下都适用，尤其是对实时性要求比较高的领域，如工业控制、远程数据采集等。基于嵌入式系统的Web服务器的出现，为以上问题的解决开辟了一条新途径。

1 发展背景

随着计算机技术的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。广义讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。所谓嵌入式设备，是指具有计算机功能，但又不称为计算机的设备或器材，几乎包括了我们周期的所有电路设备：PDA、手机机顶盒、汽车、微波炉、电梯、安全系统、自动售货机、医疗仪器、自动取款机等。嵌入式系统可以通过各种无线形式（如等）和有线形式（TCP/IP、PPP等）的网络连接方式实现它们之间的相互连接，因此，在网络通信市场上极具生命力。现在人们对Internet应用的依赖程序日渐增加，也促进了嵌入式技术的增长。信息家电的发展也为嵌入式Internet技术提供空间，如面向Internet的信息冰箱。这种信息家电的特点就是价格低廉、软件功能强大、全面支持Internet访问、软件可通过网络升级、有效保护用户投资。

嵌入式Internet技术主要包括传感器技术、通信技术、计算机技术和集成电路技术等。以前的设备控制系统一般是通过专用通信线中进行的，其通信介质、通信协议、相关软件和硬件都是专用的，而Internet技术的发展使嵌入式设备的远程控制和管理方式有了改变。不需要专用的通信线路，并且传输的信息不局局于数据信号，还有声音和图像。最重要的是其通信协议是标准且公开的。随着Web技术的发展，几乎改变了现在的信息表达形式，很多应用都是基于Web技术的。由于HTML语言的标准统一性，只要在嵌入式设备中有一个微型服务器，就可以使用任意一种Web浏览器接收和发送信息。所以如何设计这种特别Web 服务器，如何在嵌入式设备中安装Web服务器，就成了嵌入式Web服务器的发展和研究方向。

对于嵌入式Web服务器的研究和应用，其意义是重大的。它为我们管理、控制和监测各种各样设备提供了一个很好的途径。这种设备可以是具有有限内存资源的8位或16位系统，已足够提供一个用户界面，而且这种方式是基于Internet 的。这种设备可以在世界任何一个地方，只要它连入Internet就能够控制它。

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)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网络设备之间实现合理的业务量分配而提出的。

1.2 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。EWS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。

本文设计的基于ARM的嵌入式Web服务器，响应速度快，实时性强，用户通过浏览器中的表单向服务器发送控制信息，操作方便、快捷，经过适当修改，能够很好地适应智能家居等远程监控的需要。

2 嵌入式Web服务器的软件构成

嵌入式Web 服务器主要解决的问题是通过Internet 来进行远程访问和控制现场的设备，所以必须在嵌入式设备中配置TCP/IP 协议和Web 服务器，以解决网络互联问题。但是嵌入式服务器系统只需要使用其中的某些基本的功能，也要减去一些使用不到有功能，以节省有限的嵌入式资源。TCP/IP 此外还