利用軟件工具開發嵌入式Web應用

越來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化這類設備的設計。本文分析了嵌入式Web功能的特點，并詳細描述了使用軟件工具開發嵌入式Web應用的設計要點。

XML(可擴展標記語言)正在迅速成為嵌入式系統與應用之間的首選接口技術。我們有許多方法可以實現帶XML功能、支持Web瀏覽的嵌入式設備，從軟件到專用硬件。最簡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，設計師將發現一種更有效的方法是直接用硬件實現Web支持功能。可供選擇的解決方案包括全32位處理器+Web服務器，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處理網絡連接。當把實現Web支持功能所需的最重要的硬件元件---以太網控制器集成到芯片上時，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，它包合一個高性能的嵌入式處理器和一個完整的軟件堆棧，以創建一種完整的嵌入式連接系統。該軟件堆棧支持標準TCP/IP網絡協議以及以太網和串口驅動程序。

在嵌入式處理器上實現的Web支持不同于運行在PC架構上的Web服務器。標準的個人計算機和基于互聯網的Web設備將Web網頁存儲在諸如硬盤驅動器等大容量存儲設備上，與此相反，由嵌入式處理器創建的Web網頁可以作為嵌入式數據元素進行訪問。在存儲器和處理能力兩方面，嵌入式實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、更簡易、更智能。

將Web支持功能納入嵌入式應用的一個優點是，它使工程師擺除了用戶界面設計的負擔。這是因為用HTML/XML編寫然后轉換成C/C++代碼的嵌入式Web網頁提供了現成的用戶友好界面，具備支持復雜嵌入式系統的能力。

XML為數據交換帶來便利。XML針對不同系統之間的數據交換提供了一種不依賴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網頁內。設計師正在為采用XML語法的不同應用環境開發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、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回傳送XML文檔。例如，它們可以作為HTTP對象傳送。這意味著必須支持簡單對象訪問協議(SOAP)或者XML-RPC必須被集成到服務器中。

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語言或匯編代碼中。

在實際開發中，訪問XML的功能是相當容易實現的：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開發者套件正是采用這樣的操作手法。許多開發者套件還包括HTML/XML網頁樣本，這極大地簡化了任何項目。

實現過程

盡管“#include”聲明簡單易用，但開發者必須考慮訪問嵌入式Web的其它幾項軟件元素。首先，在應用代碼中，開發者必須包含一個調用HTTP初始化功能的命令。不過，在此過程中，最重要和最耗時的部分是要求把將被嵌入式系統用戶訪問的Web網頁內建到Web服務器中。

在操作中，當正在執行的代碼調用初始化功能時，Web網頁開始在嵌入式處理器中形成。初始化功能看上去有些類似于此：http_init (http_defmethods,http_defheaders, website, port)。

在我們的例子中，與這個命令最關聯的部分是“website”參數，它由用戶創建，并定義了將包含在嵌入式處理器支持的站點中的Web網頁。

在我們更深入地研究之前，需要重點指出Web網頁分為兩類：靜態HTML網頁和動態HTML網頁。靜態Web網頁不會改變。許多企業Web網站基本上都是靜態的，其功能主要是宣傳他們的服務和產品;所有訪問這些站點的用戶都以相同的方式瀏覽網頁。

與之相反，動態HTML網頁會根據用戶的反饋信息改變內容。搜索引擎和在線銀行網站是這類網頁的代表，在這些網站，查看的內容會根據用戶輸入的數據而改變。

這對于嵌入式Web服務器的意義是：靜態頁面易于創建，它們可保存為在C語言軟件程序中的一串字符。它們通常不能保存為簡單的ASCII文本文件，因為純粹的嵌入式設備沒有文件系統。另一方面，動態頁面不能作為文件保存，因為它們的內容是變化的。它們必須實時生成。

這意味著動態文檔必須由一系列功能或參數拼湊而成。在生成Web網頁的過程中，系統需要執行一系列C函數，每個函數對應于在屏幕上顯示的一部分Web網頁。

然后，生成的XML/HTML頁面將傳送到瀏覽器。正是通過這些函數調用，程序設計員能夠使嵌入式系統完成用戶要求它執行的工作，例如讀取溫度傳感器，并生成一個向用戶顯示溫度的頁面。使用這些函數調用，程序設計員還可以編寫讀取用戶輸入的代碼，用戶一般通過填寫嵌入在Web瀏覽器中的表格來輸入信息。基于在表格中的信息，程序設計員可以調節恒溫器和開啟發動機等。

因此，“website”參數定義了組成Web頁面結構的排列。(注意，Web站點的每個網頁都必須有一個“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細節。例如，必須設置網絡連接的時間限制，啟動一些網絡處理和建立shell程序(這樣命令才可以來回傳送)。在嵌入式Web服務器的程序中必須包括命令行。

那么，HTTP服務器是如何接收函數調用，并返回被請求的Web網頁呢?與大多數網絡協議一樣，HTTP采用客戶機-服務器模式。

HTTP客戶機打開一個TCP連接，并向HTTP服務器發出一個請求。請求包含一個鑒別目標Web網頁的通用資源標識符。服務器隨后返回一個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網頁本身。