3 人機交互子系統-WEB服務器設計

　　由于嵌入式設備的硬件資源一般都比較有限，不能同時處理多個用戶的請求。因此，在WEB服務器的選取方面，選擇一些專為嵌入式設備而開發的WEB服務器。這些服務器具有占用內存空間低、處理效率高、安全性高等優點，相當適合嵌入式應用領域。另一方面，在實際的應用當中，由于互聯網的高速發展，3G網絡的到來，每個人都希望可以通過手上的手持式設備來訪問控制自己的物聯網設備，使用一個輕量級的WEB服務器當作訪問控制服務器，可以相當出色地完成任務。

　　3.1 服務器工作原理

　　嵌入式WEB服務器的體系結構采用B/S架構，也即由服務端和客戶端構成。在此架構上，將會通過以下幾個步驟來與WEB服務器互相通信。

　　（1）在客戶端的瀏覽器（Browser）輸入WEB服務器的IP地址;

　　（2）客戶端首先通過TCP發起建立連接請求，然后服務器通過認證后，確認請求合法后立即建立連接。在這個過程中，采用的是TCP/IP協議的“三次握手”方式建立連接的;

　　（3）通過TCP/IP建立連接后，瀏覽器再用HTTP協議發出HTTP請求;

　　（4）當服務器端接收到HTTP請求后，對其進行解析等操作，然后根據不同的處理結果服務器再執行相應的返回操作。

　　（5）客戶端收到服務器的返回結果后，解析HTML數據包，然后將之顯示在瀏覽器上。

　　3.2 Boa WEB服務器的移植

　　Boa 是一個處理單任務的WEB服務器。也就是說只有在完成一個請求后才能響應另外一個連接請求，雖然無法實現并發響應，但是已經足夠應付嵌入式的應用處理了。另外，Boa也是一個相當輕量級的WEB服務器，交叉編譯所得到的可執行文件只有60kB左右。出于設計的精簡和應用需求，Boa僅支持CGI。

　　在WWW.boa.org上下載boa的源代碼。通過以下步驟完成其交叉編譯：

　　#tar—bx*** boa-0.94.1 3.tar. gz

　　#cd./boa-0.94.13/src

　　#./configure

　　#vi./Makefile

　　修改CC=gcc為CC=arm-unknownlinux-gcc，CPP=gcc -E為CPP=arm-unknownlinux-cpp -E，保存退出。執行如下命令：

　　#make

　　#arm-linux-strip./boa

　　得到能在arm平臺下的可執行文件boa，大小只有60KB

　　將可執行文件Boa下載到嵌入式設備后，還需對其進行一些配置。首先需要在/etc/boa目錄下建立一個boa配置文件boa.conf。表1為Boa配置文件部分配置說明：

　　表1 Boa配置文件配置參數說明

　　3.3 通用網關接口CGI

　　CGI是通用網關接口的簡稱。該接口定義了WEB服務器和其他可執行程序之間的通信接口標準。一般這些可執行程序我們也簡稱為CGI程序。在客戶端瀏覽器上面，可以請求執行CGI程序，并會附帶傳送的參數。當服務器收到此請求后，執行對應的CGI程序，與此同時，會把來自客戶端的傳輸傳遞給CGI程序。在服務器和CGI程序之間，他們足利用標準輸入輸出來實現參數傳遞和信息返回的。

　　在本物聯網服務器的設計當中，CGI程序不僅僅與WEB服務器通信，它還需要和守護程序進行通信。由于守護程序是負責連接外圍設備，并與之通信的，所以可以通過CGI程序來對外圍設備進行通信。通過這樣的通信過程實現了客戶端與物聯網設備終端的交互。其通信過程如下：

　　（1）客戶端利用TCP/IP協議和WEB服務器建立連接;

　　（2）客戶端利用HTTP協議發出URL指向一個CGI程序的請求;

　　（3）服務器收到請求后，執行對應的CGI程序;

　　（4）CGI應用程序執行，可以通過讀取標準輸入或環境變量（QUERY STRING）獲取來自客戶端的參數;

　　（5）應用程序利用進行標準輸出方式來輸出返回結果給WEB服務器。

　　（6）WEB服務器將結果傳送給客戶端，完成整個請求返回過程。

　　3.4 網絡應用程序的訪問與控制

　　網站的訪問和控制使用JavaScript語言，調用jQuery類庫和利用AJAX技術，實現動態顯示頁面的效果。而頁面的參數傳遞和CGI反饋都是使用JSON數據格式。

　　JSON即JavaScript Object Notation，它是一種輕量級的數據交換格式。本設計使用JSON數據格式中的”名稱/值”對的集合為基本數據結構，它作為頁面與CGI程序之間的參數傳遞和運算結果返回的數據格式。基本格式如下：

　　{device：“value”，model：“value”，type：“value”，data：“Value”}

　　利用jQuery類庫，每隔1 s中通過請求。/cgi-bin/web_cgi。得到請求結果作為當前狀態。

　　4 總結

　　本文實現了一個基于ARM-Linux平臺的通用物聯網服務器的設計，本設計可以為用戶提供通過WEB頁面對物聯網中數據采集的實時監測和控制功能，具有較好的實用意義。下一步將繼續完善系統的功能，如：增加對更多傳感器的支持，系統如何更方便地應用于不同的領域等，系統的安全性也有待完善。