引言
遠程信息監測系統是通過網絡遠程收集目標信息并監控目標對象運行狀態的嵌入式系統。遠程信息監測系統中嵌入式Web服務器的使用，可以使用戶通過瀏覽器訪問遠端的嵌入式設備，這樣能夠大大提高系統的易用性和可維護性。目前，在遠程監測系統中普遍采用的實時數據采集方法是在網頁上嵌入Applet或ActiveX控件，但是這種方法不僅會威脅到客戶端的安全，還增加了服務器的負擔，從而限制了Web服務器的實現和應用。為了滿足資源有限的嵌入式系統的需要，本文采用微型TCP／IP協議棧uIP，在協議棧之上設計實現了基于CGI的動態Web服務器，并將AJAX技術應用到客戶端與服務器的實時數據交互中。AJAX技術的實現是將JavaScript程序內嵌在網頁中，不需要在瀏覽器上另外安裝插件，降低了系統成本和Web服務器實現的難度。
1 uIP協議棧分析
uIP是專為8／16位嵌入式微處理器設計的輕量級TCP／IP協議棧。uIP本身的源代碼和占用的內存資源都非常少，其源代碼只有幾KB，RAM僅占幾百字節。uIP采用BSD授權，遵循RFC標準，完全由C語言編寫，具有良好的可移植性，可免費用于非商業和商業用途。uIP協議棧有多個版本，本設計采用的是uIP 1．0。
為了減少對系統資源的要求，uIP的內部實現主要采用以下設計措施：
①不支持動態內存分配機制，使用單一的全局緩沖區uip_buf收發網絡數據；
②著重實現了與完整TCP／IP通信所必需的ARP(地址解析協議)、IP(網際互聯協議)、TCP(傳輸控制協議)，而UDP(用戶數據包協議)、ICM P(網絡控制報文協議)只作為可選模塊；
③各層協議緊密耦合，應用協議也參與了部分協議棧功能的實現。
uIP的體系結構如圖1所示。由圖1可以看出，uIP協議棧處于網絡通信的中間層，用戶需要為uIP提供底層網卡驅動程序和定時器驅動程序。
而uIP為底層系統提供了4個接口函數：uip_init()完成協議棧的初始化；uip_input()用于處理從以太網接收到的IP數據包；uip_perio dic()用于協議內核周期性地對各TCP連接的輪詢；uip_udp_periodic()則用于UDP服務下對各UDP連接的輪詢。其中，uip_input()和uip_per iodic()在協議的內部采用同一個函數void uip_process(u8_t flag)實現，區別在于調用的參數不同。uIP主程序清晰地展示了各接口函數的調用方法，其主程序流程圖如圖2所示。
uIP的各處理程序會調用UIP_APPCALL()進行應用程序處理，用戶需要將UIP_APPCALL宏定義為實際的應用函數名，應用程序就可以掛接到uIP中，而uip_flags是協議棧提供給應用層查詢的狀態變量。
2 動態Web服務器的實現
在uIP中已經提供了webserver的應用實例，用戶可以參考它并根據自己的需求進行設計。為了實現瀏覽器與服務器之間的交互性，本文采用了CGI動態Web技術。CGI(Common Gateway Interface)是Web服務器與外部擴展應用程序交互的一種標準接口。目前，服務器端的動態Web技術除CGI外，還有ASP、PHP、JSP等解決方案，但它們或者是針對某種語言的，或者是依賴于特定的操作系統或商業軟件，只有CGI技術適用于資源有限、編程語言受限的嵌入式Web服務器。設計的Web服務器的結構如圖3所示。
在系統初始化后Web服務器開始監聽80端口，一旦有客戶端請求連接，uIP就為其分配一個連接項。服務器在收到HTTP請求后，首先依據請求文件的類型來判斷該請求是動態請求還是靜態請求，如果請求的是HTML類型的文件則為靜態請求；如果請求的是shtml類型的則為動態請求。
對于靜態請求，服務器會直接查詢其文件系統是否存在該網頁，如果存在就響應客戶端的請求；如果不存在就響應404請求錯誤網頁。為了減少存儲資源的使用，uIP沒有一般的文件系統，而是將所有靜態網頁存儲為常量數組，并將這些數組串聯成一個文件鏈表，采用輪詢的方式按照網頁名稱進行查詢。
如果請求的是動態網頁，服務器會調用CGI服務程序，CGI程序首先會根據HTTP請求參數調用相應的應用程序，生成動態數據，而后轉化為動態網頁，由服務器端發往客戶端。CGI程序的處理流程如圖4所示。
3 AJAX腳本
AJAX技術與其他Web技術相比，主要有以下特點：
①把服務器的一部分工作轉移到客戶端，利用客戶端的處理能力，減輕了服務器的負擔；
②主要依靠XMLHttpRequest對象實現異步通信機制，避免數據更新時整個網頁的刷新，降低了通信量，節約了網絡帶寬；
③適當的AJAX技術應用可以實現更好的用戶體驗。
AJAX技術的以上特點非常適合在資源有限的嵌入式系統中應用。瀏覽器解析AJAX腳本并運行，而服務器則會將瀏覽器請求的動態數據按照數據流的方式發送到客戶端，其實際運行時的通信數據如圖5所示。
在筆者設計的動態網頁中，異步交互部分的JavaScript代碼如下：
結語
筆者將本文的設計應用到油井電機參數的遠程監控中，現場實驗結果表明，整個監控過程運行流暢、部署方便、復用度高。用戶的監控頁面如圖6所示。
本文在uIP協議棧上實現了基于AJAX和CGI的動態Web服務器，該方法實現的嵌入式Web服務器可以提供靜態信息的瀏覽，也可以通過AJAX技術異步訪問服務器上的動態數據。AJAX的使用大大減少了服務器的開銷，節省CGI的處理時間。基于AJAX和CGI技術的嵌入式Web服務器非常符合嵌入式系統開發過程中低成本、高可用性的要求，對于在中低端平臺上實現嵌入式Web服務器的遠程信息監測系統有較高的實用價值。