可移植的嵌入式WEB服務器軟件設計

引言

隨著互聯網技術的飛速發展，嵌入式WEB服務器技術在工業生產的過程控制、環境監測以及遠程數據采集等方面得到了廣泛的應用，通過嵌入在目標設備中的WEB服務器，可以非常方便地獲取遠程數據，并實現對遠程設備的干預，達到對遠程現場進行監視和控制的目的。在實際系統中，遠程設備往往千差萬別，為了在這些目標設備中構建WEB服務器，必須針對不同的系統編寫相應的WEB服務器代碼，通過采用基于操作系統適配層的中間件技術，可以很好的解決WEB服務器軟件在不同系統之間的移植問題，同時改善軟件的可維護性。

1、嵌入式軟件的可移植問題

可移植性主要指把同一軟件放置到不同系統平臺（如不同的硬件平臺或操作系統）并使之正常運行的難易程度，可移植性有時候被表述為跨平臺性，軟件的可移植性主要涉及到上面提到的軟硬件運行環境。開發出來的程序，如果不用修改或只需極少量的修改便能在其它種類的計算機上運行，就是可移植性好的程序。在當今的軟件設計中，為了在不同的產品線上重復使用相同的代碼，經常需要將代碼從一個平臺移植到另一個平臺，這種代碼的重復利用非常重要，因為它可以縮短軟件開發和測試的周期，同時還能減少后期的維護工作。

計算機軟件的運行環境有兩個方面——硬件環境和軟件環境。硬件環境主要涉及計算機的硬件體系結構，比如X86體系結構、ARM體系結構、MIPS體系結構等，不同的體系結構其指令系統、中斷處理、寄存器組織、總線讀寫等都存在一定的差別；軟件環境指的是軟件依賴的操作系統。嵌入式應用需求多樣，操作系統種類也非常豐富，常見的有 VxWorks、Nucleus、WinCE、Linux/uClinux、eCos、uC/OS-II、ThreadX、Hopen和Delta等，不同的操作系統都會提供一些系統服務，比如任務創建和管理、任務間件通訊等，但各個操作系統在具體實現時會存在一些差異，其對外提供的系統服務接口也有不同，比如創建任務的系統調用：VxWorks為taskSpawn，Nucleus為NU_Create_Task，為了編寫具有最廣泛適應性的可移植代碼，開發人員必須注意到這些差異，并且采取適當的策略，來開發具有良好可移植性的軟件，使用一個稱為操作系統適配層的中間件可以很好的解決這個問題。

中間件（Middleware）是位于平臺（硬件、操作系統）和應用程序之間的一組通用服務，這些服務具有標準的程序接口和協議，針對不同的操作系統和硬件平臺，它們可以有符合接口和協議規范的多種實現。基于中間件模型，需要對軟件模塊進行一下簡單的重構：界面與功能模塊分離，在模塊化的軟件中，界面要求以獨立的模塊出現，它與功能模塊之間可以根據具體的情況采用API調用或者消息等通訊機制來進行交互，這樣在進行界面修改時可以不修改軟件的其他部分；同時功能模塊不直接調用操作系統的服務函數，而是調用中間件提供的處理函數，通過中間件實現與操作系統、硬件以及人機界面之間的交互，這樣整個軟件的框架就變成如下結構：

基于中間件的軟件結構圖