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uClinux下動態Web技術的實現方法
摘要：介紹uClinux操作系統的御，實現uClinux下的BoaWebServer；討論如何通過編寫CGI程序來最終實現uClinux下的動態Web頁面技術。關鍵詞：uClinux動態Web技術CGI（通用網關接口）WebServer
隨著計算機技術發展，嵌入式系統已成為計算機領域的一個重要組成部分。所謂嵌入式系統，是以應用中為心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。它具有計算機的功能，但又不稱為計算機，包括機頂盒、微波爐、電梯、數控系統、醫療儀器等。
當今的信息時代，是一個構筑在網絡基礎之睥時代，互聯網已經滲透到了人們工作和生活的各個角落。嵌入式Internet是近幾年發展起來一項新興概念和技術，不僅通過PC機能上網，通過各種各樣的嵌入式設備也能上網，使用瀏覽Web已經成為現代人的習慣。21世紀的電子信息產品，如果不能適應這個發展的方向和要求，將很難有強勁的競爭力。而目前正在開發的嵌入式系統中，49%的項目選擇Linux作為嵌入式操作系統，因此對uClinux操作系統下嵌入式Web技術的研究具有較高的現實意義，本文就此作些討論。
1uClinux嵌入式操作系統
Linux是一種優秀的自由軟件。由于源代碼公開，功能強大，具有良好的網絡支持，又易于睛，近幾年成為了最有潛力的嵌入式操作系統。UClinux是一個完全符合GNU/GPL（通用公共許可證）公約的項目和完全開發代碼。它是標準Linux的一個分支，現在由Lineo公司支持維護。它專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌放式系統做了許多小型化的工作。現在已經成為使用uClinux的安例包括：基于ColdFire的CISCO2500/3000/4000路由器；基于ARM7TDMI的Aplio公司的voice-over-IP電話；Axis公司的AXIS2001網絡數碼相機；Adomo公司的機頂盒以及各種開發板。
UClinux經過對標準Linux內核的改動，形成了一個高度優化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，但uClinux仍然保留了Linux的大多數的優點：穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、對各種文件系統完備的支持，以及標準豐富的API。它的主要特征如下：①通用LinuxAPI；②內核體積小于512KB，內核加上文件系統小于900KB；③完整體積小于512KB，內核加上文件系統小于900KB；④支持其它大量網絡協議；⑤支持各種文件系統，包括NFS、ext2、romfsandJFFS、MS-DOS和FAT16；⑥支持各種典型的處理器構架，包括ARM、PowerPC、X86等。
2基于uClinux的動態Web實現技術
2.1uClinux下WebServer的實現
uClinux下，主要有三個WebServer：httpd、thttpd和Boa。Httpd是最簡單的一個WebServer，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。為了實現動態Web技術，這里我們選擇實現一個支持CGI的、非常適合于嵌入式系統的BoaWebServer。
Boa是一個單任務的http服務器，源代碼開放、性能高。目前，uClinux的代碼中已經包含boa的源代碼，在uClinux下實現Boa，需要對Boa做一些配置和修改。這主要通過對boa.conf和mime.types文件進行修改來實現，需要改動的配置有以下幾項。
（1）建目錄
由于uClinux默認的根文件系統romfs是只讀的，不能用mkdir等命令來新建目錄，故應在編譯內核前先建好要用到的目錄，這通過修改/uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510b/makefile文件來實現。在ROMFS_DIRS=bindevetchomelibmntprocusrvar的后邊增加home/webhome/web/cgi-bin，這樣修改后編譯內核，編譯好的根文件系統romfs中就包含這些目錄了。
（2）指定Web服務器的根目錄路徑（SERVER_ROOT）
進入/uclinux-samsung/user/boa/src/目錄，通過修改define.h文件中#defineERVER_ROOT“/home”語句來指定SERVER_ROOT。另外，還可以通過命令行來指定，例如：boa-c/home/&。而且命令行指定的SERVER_ROOT可以覆蓋define.h文件所指定的。
（3）修改boa.conf文件
在./uclinux-samsung/user/boa/src/boa.conf里修改：
*將userobody
Groupogroup
改為User0
Group0;
*將DocumentRoot/var/www
改為DocumentRoot/home/web,這樣web服務器的文檔根目錄為/home/web；
*將MimeTypes/etc/mime.types
改為MimeTypes/home/web/mime.types；
定義默認首頁和CGI程序所在目錄，即
DirectoryIndexindex.html
ScriptAlias/cgi-bin//home/web/cgi-bin/
這樣指定后，.index.htm為遠程瀏覽客戶訪問WebServer所看到的首頁默認值，用C編寫的CGI程序編譯成二進制文件，放到/cgi-bin/目錄下，CGI程序能被正確地執行。
Boa.conf文件和mime.types文件必須放到Web服務器根目錄下，所以把修改后的bao.conf和mime.types拷貝到“./uclinux-samsung/romfs/home/”目錄下。然后在/uclinux-samsung/Vendors/Samsung/4510b/inittab里修改，在：inet:unknown:/bin/inetd后加入：boa:unknown:/bin/boac/home。
配置過程后，重新編譯內核，編譯時選中Boa選項。把編譯好的內核下載到開發板，啟動uClinux，完成IP配置，啟動BoaWebServer，然后就可以通過IE訪問你的網頁了。如果想啟動uClinux時自動啟動BoaWebServer，可以修改rc文件，進入uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510B目錄，在運行腳本rc中增加兩行：
ifconfigeth202.196.9.197up
boa-c/home/&
修改后重新編譯內核，再下載到開發板運行。運行uClinux后，不需要配置就可以直接通過IE來訪問你的網頁了。
2.2uClinux下實現動態Web頁面的CGI技術
到目前為止，實現動態Web頁面有4種技術可供選擇：CGI（CommonGatewayInterface）、ASP（ActiveXServerPage）、ASP（ActiveXServerPage）、PHP（PersonalHomePage）和JSP（JavaServerPage）。在uClinux下如果要實現動態網頁，只能采用CGI，因此目前uClinux還不支持ASP、PHP等動態Web頁面技術。
CGI（通用網關接口）提供Web服務器一個執行外部程序的通道，這種服務端技術使得瀏覽器和服務器之間具有交互性。CGI程序屬于一個外部程序，需要編譯成可執行文件，以便在服務端運行，其應用程序結構如圖1所示。瀏覽器將用戶輸入的數據送到Web服務器，Web服務器將數據使用STDIN送給CGI程序，在執行CGI程序后，可能會訪問存儲數據的一些文檔，最后使用STDOUT輸出HTML形式的結構文件，經Web服務器送回瀏覽器顯示給用戶。
CGI程序可以用任何程序設計語言編寫，如Shell腳本語言、Perl、Fortran、Pascal、C語言等。但目前uClinux不支持Perl、Fortran等語言，而且C語言在平臺無關性上表示不錯，所以我們選擇用C來編寫CGI程序。另外，uClinux也不支持數據庫，所以需要保存的數據只能保存到文件中，CGI查詢數據時也是查詢這些文件，而不是訪問數據庫。
2.3uClinux下動態Web頁面的實現
下面通過一個例子來說明如何實現uClinux下的動態Web頁面技術。此例子的目的是使用戶能夠通過Web頁面內嵌表單提交數據，并能把用戶提交的數據通過Web瀏覽器正確地返回給用戶。實現動態Web頁面的第一步是用HTML語言編寫Web頁及內建表單。編寫Web頁面時，要由ACTION屬性來指定相關的CGI程序，如ACTION=cgi-bin/demo；由MOTHOD屬性來指明所用的提交數據的方法，即MOTHOD=POST（GET）。本人編寫的Web頁面在瀏覽器中的顯示如圖2所示。
實現動態Web頁面的第二步是用C編寫CGI程序，CGI程序分為以下幾部分：①根據POST方法或GET方法從提交的表單中接收數據；②URL編碼的解碼；③用printf（）函數來產生HTML源代碼，并將經過解碼后的數據正確地返回給瀏覽器。包括demo.c、cgivars.h和cgivars.c三個文件。將編寫好的CGI程序編譯成二進制文件放在cgi-bin/目錄下，CGI程序能被正確地執行，最終CGI程序對上述表單數據的處理結果如圖3所示。
圖3CGI程序處理結果
下面對程序稍加說明。若以GET方法提交數據，表單中的數據被保存在QUERY_STRING環境變量中，通過調用函數getenv("QUERY_STRING")來讀取數據；若以POST方法提交數據，則程序先從CONTENT_LENGTH環境量得到數據的字長，然后從標準輸入中讀取相應長度的字符串即可得到提交的數據。數組postinput[i]中保存的就是從表單中提取的數據。
URL編碼的解碼過程較為復雜，URL編碼的規則下：①變量之間用“&”分開；②變量與其對應值之間用"="連接；③空格符用"+"代替；④特殊意義的字符用%接相應的十六進制ASCII碼代替。解碼即為編碼的逆過程。在程序中，對于從表單中提取過來的postinput[i]中的數據，當發現字符為“+”時，將它轉換成空格；當發現字符為“&”時，意味著個名字/值對的結束，在此處將字符中切成幾個字符串；當再現字符為“=”時，意味著一個名字/值對的名字部分的結束，在此再將名字/值對分開。最后通過調用unescape_url(char*url)子函數將十六進制ASCII碼值表示的特殊字符轉換成相應的ASCII字符。
結語
用本文所提供的方法實現的動態WebServer通用性強，能夠在嵌入式平臺上高效率地運行，有著廣泛的應用前景。
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