引言
通過以太網(wǎng)進行傳輸已經(jīng)成為一種經(jīng)濟、有效的數(shù)據(jù)傳輸方式。越來越多的工業(yè)測控設備需要配置網(wǎng)絡接入功能，不僅需要通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)各類設備間數(shù)據(jù)的傳輸，而且需要通過瀏覽器來實現(xiàn)人與設備的交互，從而對設備進行遠程監(jiān)測、遠程控制、遠程維護和管理。內(nèi)嵌于設備的Web服務器可以提供統(tǒng)一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面，界面直觀易操作，大大降低了軟件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設計、維護工作量，節(jié)省了人員培訓費用，提高了現(xiàn)場監(jiān)測和控制設備的管理水平。
1關(guān)鍵器件的選擇
要實現(xiàn)Web服務器功能，需要一個可實現(xiàn)的TCP／IP協(xié)議棧，同時還需要一款與以太網(wǎng)的速度相匹配的高性能處理器。
W3150A+芯片是一款TCP／IP硬協(xié)議棧芯片，為高速的Internet連接提供了一種簡易、低成本的解決方案。W3150A+芯片包含TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP和PPPoE等協(xié)議，內(nèi)部有用來收發(fā)數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間16 KB；它提供了3種接口——直接的、間接的和SPI，同時可支持4個獨立的SOCKET，每個SOCKET具有2 KB的緩沖區(qū)。
LPC2292微控制器是一款由PHILIPS公司設計的基于ARM7TTDMI-S核的16／32位RISC處理器，可實現(xiàn)最大為60 MHz的CPU操作頻率，內(nèi)部具有16 KB的RAM，128／256 KB片內(nèi)FLASH程序存儲器，具有可配置的外部8／16／32位總線，可進行外部RAM擴展。
2嵌入式Web服務器硬件設計
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖中僅給出了與Web服務器相關(guān)的部分，電源、鍵盤等電路省略。
系統(tǒng)選擇頻率為12 MHz的晶振，設定LPC2292內(nèi)部PLL為4倍頻的工作頻率，設定數(shù)據(jù)總線為16位與RAM進行接口，RAM選用2片IS61LV51216，為512K×16位的RAM。LPC2292通過8位數(shù)據(jù)總線對芯片W3150A+進行讀寫，芯片W3150A+通過MII(Media Independent Interface)接口連接到RTL8201。
當網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)到達芯片RTL8201時，通過MII接口到達芯片W3150A+。芯片W3150A+自動完成TCP／IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，把數(shù)據(jù)接收到它的硬件緩沖區(qū)，并產(chǎn)生中斷通知LPC2292來讀取硬件緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，至此便完成1包網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的接收。
當通過網(wǎng)絡發(fā)出1包數(shù)據(jù)時，LPC2292將RAM中準備好的數(shù)據(jù)寫入W3150A+硬件發(fā)送緩沖區(qū)，通過發(fā)送指令，W3150A+通過MII接口發(fā)送到RTL201上，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷，通知LPC2292發(fā)送完畢。
3嵌入式Web服務器軟件設計
實現(xiàn)原理：首先要實現(xiàn)W3150+芯片TCP／IP驅(qū)動接口，在建立TCP連接時裝置作為TCPServer端，端口使用80，然后，在此基礎上采用HTTP協(xié)議，在HTTP協(xié)議基礎上采用HTML語言實現(xiàn)所要描述的網(wǎng)頁功能。應用時通過瀏覽器與Web服務器建立的TCP連接進行信息解析、交互，以實現(xiàn)從網(wǎng)頁上進行參數(shù)的配置、修改、程序在線升級與重新啟動等。
由于系統(tǒng)應用中關(guān)于Web的應用不是很復雜，故在本設計中未采用文件系統(tǒng)，所有網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)都保存在RAM中。大約分配20 KB的RAM，通過重復利用此空間即可完成網(wǎng)頁的瀏覽與配置等操作。
具體實現(xiàn)內(nèi)容：TCP／IP的驅(qū)動接口實現(xiàn)；HTTP協(xié)議的實現(xiàn)；HTML語言的網(wǎng)頁設計；Web服務器的應用層實現(xiàn)；權(quán)限管理。
3.1TCP／IP的驅(qū)動接口的實現(xiàn)
驅(qū)動接口主要有：
其函數(shù)原型及代碼實現(xiàn)可參考芯片W3150A+的數(shù)據(jù)手冊。
3.2 HTTP協(xié)議的簡介與實現(xiàn)
(1) HTTP協(xié)議簡介
①HTTP請求：
其中，GET／HTTP信息最為關(guān)鍵，此即為HTTP請求信息。
②HTTP應答：
當裝置收到請求報文后就進行應答，一般都處理為正確應答。類似報文如下：
此報文表示：應答正確，內(nèi)容類型為html語言，報文長度為23 056，正文就是網(wǎng)頁內(nèi)容。
③瀏覽器POST：
用于瀏覽器客戶端與Web服務器的信息交互。類似報文如下：
其中，IPladdr=192．100．20．50&IP2addr=192．100．1．200&…為POST提交的表單正文。解析時，“IPladdr”為變量名，“=192．100．20．50”為變量值，“&”為變量分割符。據(jù)此可以得到從瀏覽器上輸入的參數(shù)值。
(2)HTTP協(xié)議的實現(xiàn)
根據(jù)HTTP報文的特點，即HTTP請求、POST提交表單參數(shù)、HTTP應答等，提供解析函數(shù)：
bool HttpStringParse(uchaI*recvBuff)；
對接收到的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)recvBuff進行解析，以得知是HTTP請求還是POST提交參數(shù)，然后根據(jù)情況進行HTTP應答。
提交的表單參數(shù)解析則根據(jù)分隔符&對變量及變量值進行處理。
Web服務器在響應某瀏覽器的請求后應及時關(guān)閉其TCP連接，以便其他瀏覽器能夠訪問此Web服務器。
為了編程方便，提供以下宏定義供參考：
其中：
HTTP_ACK_HEAD為Web服務器收到HTTP請求時進行響應的正確應答頭。
HTTP_ACK_CONT_TYPE為通知瀏覽器Web服務器的應答報文格式為HTML格式。
HTTP_ACK_CONT_LEN為Web服務器的報文長度。此長度必須與正文長度保持一致。
HTTP_ACK_CONNECT用于Web服務器在響應某瀏覽器的請求后關(guān)閉其TCP連接。
3.3 HTML語言編寫網(wǎng)頁
由于未采用文件系統(tǒng)，系統(tǒng)的網(wǎng)頁內(nèi)容也不多，因此可以開辟1片RAM區(qū)，根據(jù)應用需要適當分配Web緩沖區(qū)。本應用中分配了20K WebBuf[]。
網(wǎng)頁的內(nèi)容以字符串的形式保存在WebBuf[]中，在需要響應時，按HTTP協(xié)議輸出RAM內(nèi)容。
HTML語言教程，可參考Internet網(wǎng)上資料。
由于沒有文件系統(tǒng)，所有網(wǎng)頁都是以數(shù)據(jù)(字符數(shù)組)的形式存放在RAM中的。當有超鏈接請求時，再重新生成響應數(shù)據(jù)同時刷新WebBuf[]。
這里提供一個簡單的函數(shù)以實現(xiàn)html語言的編輯功能，供參考。
此函數(shù)實際上是利用sprintf()把html語言寫的字符串存入RAM緩沖區(qū)WebBuf[]，并得到數(shù)據(jù)正文的長度。以同樣方法，將html語言網(wǎng)頁中的其他內(nèi)容全部利用sprintf()函數(shù)寫入WebBuf[]緩沖區(qū)。
3.4 Web服務器的應用層實現(xiàn)
本應用中使用μC／OS-II操作系統(tǒng)，建立一個任務taskWebServer()來實現(xiàn)相關(guān)Web的應用，負責管理Web相關(guān)處理事務，如瀏覽器的訪問請求、瀏覽器的參數(shù)提交等。
流程如圖2所示，任務taskWebServer()等待接收到報文事件的觸發(fā)，未接收到瀏覽器請求時處于掛起狀態(tài)。當taskWebServer()收到HTTP請求后進行報文解析，成功解析后根據(jù)報文類型進行相應的處理。輸出網(wǎng)頁時，先進行應答頭的處理，然后緊跟著的是Web正文數(shù)據(jù)，此正文數(shù)據(jù)由HTML語言構(gòu)成。在處理完成后對Flag標志復位，使任務taskWebServer()重新處于掛起狀態(tài)，等待下一次瀏覽器請求或提交參數(shù)處。
3.5權(quán)限管理
在應用中往往需要對訪問或參數(shù)的設置進行權(quán)限管理。提供密碼機制是最簡單有效的手段?？梢栽诖a中加入JavaScript腳本。
用一些較簡單的JavaScript腳本實現(xiàn)一些控制功能。此方面可參考一些相關(guān)資料。
4系統(tǒng)的擴展設計及延伸
當使用軟協(xié)議棧實現(xiàn)TCP／IP方式時，對嵌入式處理器提出了更高的要求。對于8／16位單片機，由于其所具有的資源和處理能力有限，不能保證最基本功能的TCP／IP協(xié)議棧和嵌入式操作系統(tǒng)的有效運行。
選用W3150A+芯片來實現(xiàn)TCP／IP協(xié)議棧，可以大大降低主控微處理器在處理TCP／IP軟協(xié)議棧時的CPU消耗，以充分發(fā)揮微處理器對其他相關(guān)應用的處理能力。即使采用普通的單片機，也可滿足一般的應用需求。
當整個系統(tǒng)應用不復雜時也可不采用嵌入式操作系統(tǒng)，以簡化軟件架構(gòu)和縮短軟件的開發(fā)周期。
結(jié)語
基于芯片W3150A+實現(xiàn)的Web服務器功能，縮短了軟件的開發(fā)周期并降低了TCP／IP的實現(xiàn)難度。嵌入式操作系統(tǒng)和高性能的ARM處理器相配合，充分發(fā)揮了系統(tǒng)的各方面性能。
對于一些不復雜的Web應用，不采用文件系統(tǒng)而采用RAM緩沖區(qū)的方法可以很好地實現(xiàn)Web服務器功能。在PC電腦上，通過在IE瀏覽器的地址欄中輸入裝置的IP地址，可以訪問該裝置，顯示其運行參數(shù)、軟件版本，并進行參數(shù)的配置或一些必要的說明，等等。