一種遠程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

隨著計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的飛速發(fā)展，人們日常生活和工業(yè)生產(chǎn)等方面對基于以太網(wǎng)進行遠程通信和控制的要求日益強烈。如今嵌入式技術發(fā)展迅速，嵌入式處理器的性能不斷提高，基于嵌入式的控制系統(tǒng)得到廣泛應用?？紤]到嵌入式系統(tǒng)高性能、低成本、低功耗等諸多特點，這里通過32位嵌入式處理器和以太網(wǎng)控制器構建了嵌入式Web服務器，實現(xiàn)設備遠程控制。

ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。這次遠程控制系統(tǒng)有ARM公司設計的。

1 系統(tǒng)總體設計

本文采用基于基于嵌入式Web服務器的遠程控制。系統(tǒng)直接在普通32位微處理器上實現(xiàn)嵌入式服務器，通過嵌入式Web服務器將被控制設備接入Intemet，用戶可以通過標準瀏覽器對被控設備實現(xiàn)遠程控制。

2 遠程控制系統(tǒng)的硬件結構

基于嵌入式Web服務器的遠程控制系統(tǒng)主要由嵌入式Web服務器以及被控制的現(xiàn)場設備組成。服務器通過交換機或調制解調器與Intemet互聯(lián)網(wǎng)連接，用戶端只需在已聯(lián)網(wǎng)的計算機上通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問該遠程服務器的IP地址，即可使用該服務器并實現(xiàn)對設備的遠程控制。遠程控制系統(tǒng)的結構如圖1所示。

該嵌入式web服務器采用三星公司的S3C44B0X器件作為整個系統(tǒng)的處理器，該器件是以ARM7TDMI為內核的RISC處理器，是一種性價比較高的嵌入式32位處理器。系統(tǒng)的Flash選用AMD公司的容量為2MB，NOR Flash型AM29LVl60存儲器，SDRAM選用現(xiàn)代公司的容量為8 MB的HY57V641620HGT存儲器。圖2為該硬件系統(tǒng)設計框圖。

3 遠程控制系統(tǒng)的軟件結構

系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)的選取、網(wǎng)頁服務器的配置、網(wǎng)頁的編輯、驅動程序和服務器應用程序的配置移植，軟件層次如圖3所示。

由于該處理器不具有MMU（存儲器管理單元）且需要完備以太網(wǎng)協(xié)議構建網(wǎng)頁服務器，故選擇開源的嵌入式μClinux操作系統(tǒng)。其中功能最簡單的是httpd.不支持認證、CGI。Thttpd和BOA服務器都支持認證、CGI（CommON Gateway Interface，公共網(wǎng)關接口）等，但由于Thttpd服務器需要的資源比BOA大得多，故該系統(tǒng)最終采用BOA服務器作為遠程控制的網(wǎng)頁服務器。

3.1 BOA服務器的配置

BOA是一個單任務的http服務器，安全性高、源代碼開放、性能高。在μClinux的發(fā)行版中，在主目錄下的user目錄里，有BOA服務器的目錄，在example子目錄中，有2個文件boa.conf和mime.types，這里需要修改配置boa.conf文件，它是BOA服務器的參數(shù)配置文件，配置如下：

另外該系統(tǒng)將src目錄下的defines.h頭文件SERVER_ROOT宏定義設置為home目錄，即服務器目錄，配置操作系統(tǒng)時，boa.conf和mime-.typs都必須復制到此服務器目錄下，從而完成服務器的配置。

3.2 服務器與客戶端動態(tài)交互的實現(xiàn)

在動態(tài)網(wǎng)頁交互設計中，主要有CGI（Common Gateway Interface），PHP（Personal Home Page），ASP（Active Server Page）和JSP（Java Server Page）4種技術。CGI程序的編寫可以采用任何編程語言，只要這種語言具有標準輸入、輸出和環(huán)境變量。由于C語言具有較強的平臺無關性，因此該系統(tǒng)采用C語言來編寫CGI程序。

動態(tài)網(wǎng)頁是通過網(wǎng)頁內嵌表單的方式進行信息傳遞的。該系統(tǒng)首先采用網(wǎng)頁編輯軟件Dreamweaver編輯登陸界面index.html及遠程控制界面remote.html。在編輯表單選項時由action屬性指向相應CGI程序路徑，由method屬性決定提交數(shù)據(jù)的方式是GET方式還是POST方式?？蛻舳藗魉偷椒掌鞯臄?shù)據(jù)采用URL編碼的方式傳送，例如參數(shù)采用name=value的形式，每對之間用”＆”連接。特殊字符用”％”加一個十六進制數(shù)字編碼，輸入的空格用”+”來表示等，所以服務器端的CGI在接收數(shù)據(jù)時需經(jīng)過解碼操作。

環(huán)境變量在CGI程序設計中很重要，客戶端和服務器端都將信息存儲在某些變量中，環(huán)境變量有3類：與服務器相關的環(huán)境變量、與客戶端相關的環(huán)境變量以及與請求相關的環(huán)境變量。其中最常用的環(huán)境變量有REQUEST_METHOD記錄請求方式，QUERY_STRING存儲傳遞的數(shù)據(jù)，CO-NTENT_LENGTH傳遞數(shù)據(jù)的長度。

編程時先創(chuàng)建數(shù)據(jù)結構entry，用來記錄要使用的變量和變量名。

當采用GET方式傳遞信息時，可使用如下代碼獲得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)：

當采用POST方法傳遞信息時，可使用如下代碼獲得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)：

當采用GET方式傳遞信息時，可使用如下代碼獲得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)：

當采用POST方法傳遞信息時，可使用如下代碼獲得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)：

3.3 嵌入式Web服務器體系結構

嵌入式Web服務器的體系結構如圖1所示。其中，客戶端和Web服務器之間的通信協(xié)議采用HTTP 1.1；嵌人式實時多任務操作系統(tǒng)提供TCP／IP協(xié)議支持；Web服務器與數(shù)據(jù)庫服務器間的交互接口為CGI（Common Gateway Interface）。

客戶端使用Web瀏覽器與Web服務器進行通信。Web服務器中使用HTTP協(xié)議，HTTP（超文本傳輸協(xié)議）為標準WWW傳輸協(xié)議，使用可靠的TCP連接，通常采用端口80。這些數(shù)據(jù)可來自靜態(tài)主頁和文件，也可以根據(jù)請求動態(tài)產(chǎn)生

3.4 驅動程序和應用程序設計

設備驅動程序是是一種可以使計算機和設備通信的特殊程序，可以說相當于硬件的接口，操作系統(tǒng)只能通過這個接口，才能控制硬件設備的工作，假如某設備的驅動程序未能正確安裝，便不能正常工作，它為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，在應用程序看來，硬件設備已抽象為設備文件，可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。

編寫CGI應用程序時，只需打開相應的設備文件，就可通過調用驅動中的命令控制接口實現(xiàn)對端口的控制。

然后可通過ioctl系統(tǒng)調用實現(xiàn)對端口的控制，程序結束時再調用close（fd）關閉設備。

在配置BOA服務器時，這里設定CGI程序的目錄是／home／www／cgi-bin／目錄，使用交叉編譯工具生成CGI程序并放入此目錄下，然后對整個操作系統(tǒng)內核進行配置裁剪，最終生成的系統(tǒng)鏡像中就可以包含編寫的程序功能，實現(xiàn)對設備的遠程控制。圖4為遠程控制界面。

通過測試該遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對外部設備的遠程控制，只需對CGI程序進行適當修改即可實現(xiàn)較復雜系統(tǒng)的控制。

4 結束語

隨著計算機、通信、嵌入式和互聯(lián)網(wǎng)等技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)已不能滿足遠程控制的要求，而基于以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)正逐漸成為遠程控制的首選。本文利用ARM內核的32位處理器及以太網(wǎng)控制器搭建硬件平臺，移植了μClinux嵌入式操作系統(tǒng)，配置了BOA服務器，通過編寫設備驅動程序和CGI程序，實現(xiàn)了遠程控制系統(tǒng)，具有廣闊的應用前景。