XMLHttP對象在嵌入式Web實時系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：就Ajax技術(shù)中的XMLHttp對象在基于Web的嵌入式遠程控制與實時監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用開發(fā)進行了研究，并基于Microchip TCP／IP協(xié)議棧給出了具體的實現(xiàn)方法，有效地解決了客戶端Web與嵌入式HTTP服務(wù)器的交互問題。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；TCP／IP；Web開發(fā)；Ajax；XMLHttp；Javascript

引言
    傳統(tǒng)的Web應(yīng)用在交互操作過程中頻繁出現(xiàn)全頁刷新的問題無法避免，即使當(dāng)前頁面中僅有局部信息是需要動態(tài)刷新顯示的。這不僅影響到界面效果，在實時監(jiān)測過程中還會明顯影響服務(wù)器的響應(yīng)速度。
    Ajax技術(shù)的出現(xiàn)為解決客戶端Web與嵌入式HTTP服務(wù)器之間的交互問題提供了重要途徑。Ajax是異步Javascript與XML的簡稱，這一概念由Jesse James Garrett提出，它是一組與Web開發(fā)相關(guān)的技術(shù)，包括基于HTML／XHTML與CSS標(biāo)準(zhǔn)的頁面表示、基于DOM的動態(tài)顯示和交互，以及基于XMLHttpRequest與服務(wù)器之間的異步通信。所有上述技術(shù)通過Javascript綁定在一起。
    嵌入式以太網(wǎng)實時系統(tǒng)開發(fā)者可以嘗試通過Ajax的核心對象XMLHttp在“后臺”與嵌入式HTTP服務(wù)器交瓦，對服務(wù)器發(fā)起遠程控制，讀取服務(wù)器動態(tài)返回的監(jiān)測信息并刷新顯示在客戶端Web界面中的特定位置，且所有操作均不會導(dǎo)致當(dāng)前Web界面被全頁刷新。
    本文以Microchip公司的TCP／IP協(xié)議棧為基礎(chǔ)，討論XMLHttp對象在嵌入式Web實時系統(tǒng)中的具體應(yīng)用方法。所選用的測試電路以PIC18F4 52單片機與以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS為核心，嵌入式HTTP服務(wù)器所有Web相關(guān)文件保存在系統(tǒng)外部EEPROM存儲器中。

1 XMLHttp在客戶端Web中的應(yīng)用
    XMLHttp是Ajax技術(shù)的核心，由微軟公司在IE5．0瀏覽器中率先推出，后被命名為XMLHttpRequest。
1．1 客戶端Javascript函數(shù)
1．1．1 創(chuàng)建XMLHttp對象的通用函數(shù)
    客戶端與嵌入式系統(tǒng)HTTP服務(wù)器的所有交互都將基于在客戶端所創(chuàng)建的XMLHttp對象。該函數(shù)在IE中創(chuàng)建XMLHttp對象的語句為：
   
    創(chuàng)建XMLHttp對象后最重要的操作是設(shè)置onreaclystatechange屬性(非IE中為onload)，為其綁定異步回調(diào)函數(shù)。當(dāng)XMLHttp對象狀態(tài)變化時，所指定的回調(diào)函數(shù)將自動處理服務(wù)器回應(yīng)數(shù)據(jù)。
1．1．2 客戶端發(fā)送控制命令的函數(shù)
    (1)Send_Control_CMD(URL，Html_id)
    該函數(shù)可由客戶端Web中的控制命令按鈕點擊事件onClick觸發(fā)調(diào)用，它調(diào)用CreateXMLHttpObj創(chuàng)建XMLHttp對象，設(shè)置回調(diào)函數(shù)，然后以GET方法對HTTP服務(wù)器發(fā)起請求。函數(shù)的第一個參數(shù)URL可以是控制命令串，也可以是CGI、HTML及其他各種Web文件名。如果要求在客戶端Web中顯示HTTP服務(wù)器返回信息，則需要設(shè)置第二個參數(shù)Html_id。例如，在發(fā)送控制命令點亮系統(tǒng)中某個指示燈后，要求將服務(wù)器返回的該指示燈的當(dāng)前狀態(tài)顯示在客戶端。所設(shè)置的參數(shù)Html_id是客戶端Web頁中的某個容器的ID，返回信息將顯示到該容器中。如果不需要服務(wù)器回應(yīng)文本信息，或?qū)貞?yīng)信息不予處理，可將該參數(shù)設(shè)為空。函數(shù)具體實現(xiàn)如下：
   
    Send_Control_CMD在每次被涮用時首先創(chuàng)建一個通用對象Obj，然后創(chuàng)建XMLHttp對象，并將其保存在自定義的Obj．xmlhttpobj屬性中，隨后調(diào)用XMLHttp對象的open方法與send方法，調(diào)用格式為：
    oXMLHttpRequest．open(bstrMethod，bstrUrl，varAsync，
    bstrUser，bstrPassword)；
    oXMLHttpRequest．send(varBody)；
    其中open方法的bstrMethod參數(shù)為HTTP請求的方法，例如所選擇的“GET”方法，bstrUrl參數(shù)為請求的URL地址，在本文討論的嵌入式Web實時系統(tǒng)中，它用來表示控制命令串，譬如用來啟動外部直流電機的控制命令串“0?1=MOTOR”，varAsync參數(shù)用于指定當(dāng)前請求是否為異步方式，默認(rèn)為true，最后兩個參數(shù)提供帳號密碼，用于服務(wù)器驗證。通過open方法初始化XMLHttp對象以后，要用send方法發(fā)送請求到HTTP服務(wù)器并等待回應(yīng)。由于XMLHttp對象被設(shè)為異步模式，send調(diào)用將不會被阻塞，XMLHttp對象的回調(diào)函數(shù)mReadyCallBack將在HTTP服務(wù)器回應(yīng)時異步執(zhí)行。[!--empirenews.page--]
     由于Web頁中可能有多個不同按鈕要發(fā)送不同的控制命令，為簡化程序設(shè)計且便于管理對象，可將每一按鈕調(diào)用該函數(shù)創(chuàng)建的xMLHttp對象統(tǒng)一保存到全局對象數(shù)組ObjArray中。對象數(shù)組ObjArray由Web頁中的Javascript腳本定義，即：
    <script language=“Javascript”>
    var ObjArray=new Array；……
    (2)mReadyCallBack()
    它是Send_Control_CMD函數(shù)所創(chuàng)建的保存于對象數(shù)組ObjArray中的每個XMLHttp對象的異步回調(diào)函數(shù)，通過該函數(shù)可統(tǒng)一異步處理服務(wù)器回應(yīng)數(shù)據(jù)。函數(shù)具體實現(xiàn)如下：
   
    當(dāng)ObjArray中的任意一個XMLHttp對象的就緒狀態(tài)變化時，將觸發(fā)對mReadyCallBack函數(shù)的異步調(diào)用，該函數(shù)將通過for循環(huán)掃描對象數(shù)組ObjArray，對HTTP服務(wù)器當(dāng)前回應(yīng)的對象進行處理。通過XMLHttp對象的responseText屬性可獲取服務(wù)器回應(yīng)信息，通過Web容器的inner HTML屬性可將回應(yīng)信息顯示到Web頁中。在處理完當(dāng)前XMLHttp對象以后，mReadyCallBack最終將用delete釋放該對象所占用的資源。如果調(diào)用Send_control_CMD函數(shù)時第2個參數(shù)為空，則表示發(fā)出控制命令后不需要處理服務(wù)器回應(yīng)文本信息，回調(diào)函數(shù)僅僅需要釋放該對象所占用的資源。
1．1．3 實現(xiàn)客戶端實時監(jiān)測功能的函數(shù)
    (1)RealTime_Monitoring()
    該函數(shù)專門用于實時監(jiān)測動態(tài)數(shù)據(jù)，它由Web頁面加載事件onLoad觸發(fā)調(diào)用，通過所創(chuàng)建的xMLHttp對象向服務(wù)器請求動態(tài)文件Status．cgi，以獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。
   
    其中xmlhttp定義為全局變量。
    (2)aReadyCallBack()
    該函數(shù)是實時監(jiān)測系統(tǒng)外設(shè)數(shù)據(jù)函數(shù)RealTime_Monitoring所創(chuàng)建的XMLHttp對象的專用回調(diào)函數(shù)，它在處理HTTP服務(wù)器回應(yīng)時將返回的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示在ID為“txtStatus”的Web容器中，譬如<span id=“txtStatus”>…<／span>，所返回的內(nèi)容將替換其中的“…”。函數(shù)具體實現(xiàn)如下：
   
   
    回調(diào)函數(shù)aReadyCallBack與回調(diào)函數(shù)mReadyCallBack的差別在于：它釋放已經(jīng)處理回應(yīng)的XMLHttp對象(置為null)以后，接著執(zhí)行了一項重要工作，即調(diào)用實時監(jiān)測函數(shù)RealTime_Monitoring()。通過創(chuàng)建新的XMLhttp對象，將動態(tài)請求與顯示刷新“接力”進行下去，從而使實時監(jiān)測無限延續(xù)。
    顯然，通過XMLHttp對象所實現(xiàn)的實時監(jiān)測，其效果遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的Web請求與響應(yīng)操作模式下所使用的通過在網(wǎng)頁頭部加入<meta http-equiv=“refresh”content=“定時長度”>，或者使用Javascript的setTimeout函數(shù)設(shè)置超時值，使客戶端自動按固定時間間隔請求服務(wù)器刷新顯示動態(tài)信息的方法。
1．2 客戶端Web與嵌入式HTTP服務(wù)器的交互操作
    有了上述以XMLHttp對象為中心的函數(shù)定義，完成客戶端Web與嵌入式HTTP服務(wù)器之間的交互操作就很容易了，例如：
    ①通過Web頁按鈕啟動電機．可有<input type=“button”onClick=“Send_Ctrl_CMD(’0?1=MOTOR’，’)”value=“運行”>。按鈕事件觸發(fā)對Send_Control_CMD的調(diào)用，它通過XMLHttp對象在“后臺”發(fā)送命令串“O?1=MOTOR”，提交給嵌入式系統(tǒng)HTTP服務(wù)器處理，控制電機啟動，實現(xiàn)遠程控制功能。
    ②實時監(jiān)測嵌入式系統(tǒng)外設(shè)狀態(tài)，可有<body onLoad=“ReaITime Monitoring()；”>。Web頁面加載事件onLoad觸發(fā)對RealTime_Monit oring的函數(shù)調(diào)用，它同樣也通過XMLHttp對象訪問嵌入式系統(tǒng)HTTP服務(wù)器，不同的是它所請求的是動態(tài)文件status．cgi。現(xiàn)假設(shè)所訪問的動態(tài)文件主要內(nèi)容如下：
    <td width=“150”>％02<／td>
    <td width=“200”>LED1：％00 LED2：％01<／td>
    <td width=“168”>％10<／td>
    嵌入式系統(tǒng)HTTP服務(wù)器程序?qū)腗PFS文件系統(tǒng)讀取該動態(tài)文件并將其發(fā)往客戶端。在發(fā)送過程中，HTTP服務(wù)器將對所遇到的形如“％xx”的變量碼進行解析處理。例如“％02”被定義為測試電路中AN0通道的A／D值，“％00”“％01”被定義為兩個外接LED的開關(guān)狀態(tài)，“％10”被定義為所控制的直流電機的啟／停狀態(tài)。經(jīng)過HTTP服務(wù)器處理后的變量值將被系統(tǒng)當(dāng)前實際的外設(shè)狀態(tài)值所替換并返回到客戶端。
    由于RealTime_Monitoring函數(shù)與aReadyCallBack函數(shù)配合實現(xiàn)了XMLHttp對象的創(chuàng)建、請求、異步響應(yīng)、釋放，再創(chuàng)建、再請求、再異步響應(yīng)、再釋放等，從而借助XMLHttp對象在“后臺”實現(xiàn)了理想的實時監(jiān)測功能。由于監(jiān)測結(jié)果實時刷新顯示在Web中的特定容器位置，不會導(dǎo)致全頁刷新問題，這也為用戶操作帶來了良好體驗。
    解決了客戶端通過XMLHttp塒象在“后臺”與HTTP服務(wù)器進行交互、發(fā)送控制命令及異步處理回應(yīng)、實現(xiàn)實時監(jiān)測功能的問題以后，接著要解決的是HTTP服務(wù)器端如何處理客戶端XMLHttp對象所發(fā)送的控制命令，以及如何處理并返回客戶端XMLHttp對象所請求的動態(tài)文件。[!--empirenews.page--]

2 HTTP服務(wù)器功能簡介
    Microchip TCP／IP協(xié)議棧是一套服務(wù)于標(biāo)準(zhǔn)的、基于TCP／IP的應(yīng)用程序，可應(yīng)用于HTTP服務(wù)器、FTP服務(wù)器等，它遵循了TCP／IP參考模型，協(xié)議棧按照模塊化方式實現(xiàn)。Microchip整個TCP／IP協(xié)議棧的代碼全部用C語言編寫，每層的實現(xiàn)代碼駐留在一個獨立的C程序文件中，服務(wù)和應(yīng)用程序編程接口則通過頭文件或C程序文件定義，協(xié)議?？墒褂肕CC18或HI—TECH PICC 18編譯，圖1對比了TCP／IP參考模型與Microchip TCP／IP協(xié)議棧。

    為實現(xiàn)HTTP服務(wù)器功能，協(xié)議棧所提供的相關(guān)文件主要有TCP．c與HTTP．c，它們分別處理客戶端與服務(wù)器端的連接及對HTTP請求的處理。在啟動嵌入式系統(tǒng)HTTP服務(wù)器時，主程序首先調(diào)用兩個初始化函數(shù)：StackInit()與HTTPInit()。前者初始化協(xié)議棧，包括MACInit()、ARPInit()、TCPInit()；后者初始化HTTP服務(wù)器，使所有的HTTP連接處于監(jiān)聽狀態(tài)，受嵌入式系統(tǒng)資源限制，實際支持的最大連接數(shù)默認(rèn)為3個。
    HTTP服務(wù)器主程序接下來的主要工作是在while(1)中循環(huán)調(diào)用HTTPServer()函數(shù)，處理客戶端對HTTP服務(wù)器的請求并作出響應(yīng)。HTTPSer ver實際執(zhí)行的任務(wù)是循環(huán)掃描每個HTTP連接，并在每個連接上調(diào)用處理HTTP請求的函數(shù)HTTPProcess()。該函數(shù)對客戶端發(fā)送的控制命令串的處理及動態(tài)文件的請求處理將分別通過回調(diào)函數(shù)HTTPExecCmd和HTTPGetVar完成，這兩個核心回調(diào)函數(shù)由主程序具體實現(xiàn)。

3 動態(tài)響應(yīng)XMLHttp對象請求的核心函數(shù)
    對于客戶端Web頁內(nèi)onClick事件與onLoad事件觸發(fā)的以下兩個調(diào)用示例，它們都基于XMLHttp對象，前者向嵌入式HTTP服務(wù)器發(fā)送控制命令，后者請求動態(tài)文件：
    ①Send_Ctrl_CMD(’0? 1=MOTOR’，’)；
    ②RealTime_Monitoring()；
3．1 HTTPExecCmd函數(shù)
    HTTPExecCmd函數(shù)對客戶端發(fā)送的命令串解碼并執(zhí)行相應(yīng)的操作。函數(shù)聲明為：void HTTPExecCmd(BYTE**argv，BYTE argc)?？疾炜蛻舳撕瘮?shù)調(diào)用所發(fā)送的控制命令串：“0?1=MOTOR”。HTTP服務(wù)器函數(shù)HTTPProcess在調(diào)用HTTPExecCMD之前已經(jīng)先通過HTTPParse函數(shù)由該命令串解析出“0”、“1”、“MOTOR”這三項內(nèi)容并賦給函數(shù)參數(shù)argv，所解析出的三項的具體定義由主程序設(shè)置。
3．2 HTTPGetVar函數(shù)
    每當(dāng)HTTP服務(wù)器當(dāng)前所處理的CGI動態(tài)文件Status．cgi中遇到變量碼“％xx”時即調(diào)用該函數(shù)，處理動態(tài)請求。HTTPGetVar函數(shù)聲明為：WORD HTTPGetVar(BYTE var，WORD ref，BYTE*val)。該函數(shù)的val參數(shù)是待解析處理的動態(tài)文件內(nèi)的某個變量的標(biāo)識符，參數(shù)ref用于跟蹤返回值的狀況，參數(shù)val用于逐個返回數(shù)據(jù)字節(jié)。
    以調(diào)用RealTime_Monitoring函數(shù)為例，它通過XMLHttp對象請求動態(tài)文件Status．cgi，當(dāng)HTTP服務(wù)器接收到該請求時，將從保存于EEPR OM的MPFS文件系統(tǒng)讀取Status．cgi文件，然后由HTTP．c的SendFile函數(shù)向客戶端XMLHttp對象回傳所請求的動態(tài)文件。在回傳過程中，所遇到的動態(tài)文件內(nèi)的變量將由主程序所實現(xiàn)的HTTPGetVar函數(shù)逐一進行處理。動態(tài)文件中的各種變量同樣將由HTTP服務(wù)器主程序進行定義。以Status．cgi文件中表示AN0通道A／D轉(zhuǎn)換值的變量“％02”為例，由于主程序不僅循環(huán)調(diào)用HTTPServer函數(shù)響應(yīng)客戶請求并處理回應(yīng)，在循環(huán)中還會分時處理外設(shè)操作，包括所需要執(zhí)行的AN0通道的A／D轉(zhuǎn)換操作。通常所有這些相關(guān)操作被集中放在處理I／O的函數(shù)ProccessIO()中實現(xiàn)。現(xiàn)假定RA0引腳外接可變電阻器RV1，則AN0通道的A／D轉(zhuǎn)換具體實現(xiàn)如下：
    ADCON0=0B10000001；
    ADCON1=0B10001110；
    ADCON0bits．GO=1；
    while(ADCON0bits．GO)；
    itoa(*((WORD*)(＆ADRESL))，ANOString)；
    每一次的A／D轉(zhuǎn)換值都被刷新保存在ANOString字符串中，以便發(fā)往客戶端顯示。當(dāng)HTTP服務(wù)器的HTTPProcess函數(shù)所調(diào)用的SendFile函數(shù)當(dāng)前遇到了變量“％02”，它會將其交由HTTPGetVar函數(shù)處理。所輸入的第1個參數(shù)var為2，它由變量“％02”轉(zhuǎn)換為BYTE類型得到，用于標(biāo)識當(dāng)前變量要獲取的是AN0通道的A／D轉(zhuǎn)換值。
    現(xiàn)假設(shè)AN0String當(dāng)前獲取的A／D值為“709”，HTTPGetVar函數(shù)可通過以下關(guān)鍵語句返回A／D值：
   
    其中ref初始時默認(rèn)為0。顯然，該函數(shù)將被連續(xù)調(diào)用3次，每次調(diào)用時ref遞增，直到通過*val返回最后一個字節(jié)以后，通過返回HTTP_ END_OF_VAR告知SendFile函數(shù)當(dāng)前變量處理結(jié)束。對于待返回到客戶端的數(shù)據(jù)字節(jié)，HTTP將通過調(diào)用TCP層提供的函數(shù)TCPPut及TCPFlush，通過指定的Socket套接字將數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)往客戶端，由客戶端XMLHttp對象的異步回調(diào)函數(shù)通過responseText屬性讀取并刷新顯示在Web中的特定位置。

結(jié)語
    通過仿真及實物電路測試表明，使用Ajax的XMLHttp對象及Microchip TCP／IP協(xié)議棧，可以很好地解決以太網(wǎng)環(huán)境下Web操作界面與嵌入式控制系統(tǒng)的交互問題，實現(xiàn)對基于HTTP服務(wù)器模式的嵌入式系統(tǒng)進行遠程控制及實時監(jiān)測，且能夠?qū)⑺邢嚓P(guān)操作保持在穩(wěn)定的瀏覽器窗口中執(zhí)行。