uClinux下动态Web技术的实现方法

摘要：介绍uClinux操作系统的御，实现uClinux下的Boa Web Server；讨论如何通过编写CGI程序来最终实现uClinux下的动态Web页面技术。

    关键词：uClinux 动态Web技术 CGI（通用网关接口） Web Server

随着计算机技术发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。所谓嵌入式系统，是以应用中为心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它具有计算机的功能，但又不称为计算机，包括机顶盒、微波炉、电梯、数控系统、医疗仪器等。

当今的信息时代，是一个构筑在网络基础之睥时代，互联网已经渗透到了人们工作和生活的各个角落。嵌入式Internet是近几年发展起来一项新兴概念和技术，不仅通过PC机能上网，通过各种各样的嵌入式设备也能上网，使用浏览Web已经成为现代人的习惯。21世纪的电子信息产品，如果不能适应这个发展的方向和要求，将很难有强劲的竞争力。而目前正在开发的嵌入式系统中，49%的项目选择Linux作为嵌入式操作系统，因此对uClinux操作系统下嵌入式Web技术的研究具有较高的现实意义，本文就此作些讨论。

1 uClinux嵌入式操作系统

Linux是一种优秀的自由软件。由于源代码公开，功能强大，具有良好的网络支持，又易于睛，近几年成为了最有潜力的嵌入式操作系统。UClinux是一个完全符合GNU/GPL（通用公共许可证）公约的项目和完全开发代码。它是标准Linux的一个分支，现在由Lineo公司支持维护。它专门针对没有MMU的CPU，并且为嵌放式系统做了许多小型化的工作。现在已经成为使用uClinux的安例包括：基于ColdFire的CISCO 2500/3000/4000路由器；基于ARM7TDMI的Aplio公司的voice-over-IP电话；Axis公司的AXIS2001网络数码相机；Adomo公司的机顶盒以及各种开发板。

UClinux经过对标准Linux内核的改动，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux，虽然它的体积很小，但uClinux仍然保留了Linux的大多数的优点：稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持，以及标准丰富的API。它的主要特征如下：①通用Linux API；②内核体积小于512KB，内核加上文件系统小于900KB；③完整体积小于512KB，内核加上文件系统小于900KB；④支持其它大量网络协议；⑤支持各种文件系统，包括NFS、ext2、romfs and JFFS、MS-DOS和FAT16；⑥支持各种典型的处理器构架，包括ARM、PowerPC、X86等。

2 基于uClinux的动态Web实现技术

2.1 uClinux下Web Server的实现

uClinux下，主要有三个Web Server：httpd、thttpd和Boa。Httpd是最简单的一个Web Server，它的功能最弱，不支持认证，不支持CGI。Thttpd和Boa都支持认证、CGI等，功能都比较全。为了实现动态Web技术，这里我们选择实现一个支持CGI的、非常适合于嵌入式系统的Boa Web Server。

Boa是一个单任务的http服务器，源代码开放、性能高。目前，uClinux的代码中已经包含boa的源代码，在uClinux下实现Boa，需要对Boa做一些配置和修改。这主要通过对boa.conf和mime.types文件进行修改来实现，需要改动的配置有以下几项。

（1）建目录

由于uClinux默认的根文件系统romfs是只读的，不能用mkdir等命令来新建目录，故应在编译内核前先建好要用到的目录，这通过修改/uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510b/makefile文件来实现。在ROMFS_DIRS=bin dev etc home lib mnt proc usr var的后边增加home/web home/web/cgi-bin，这样修改后编译内核，编译好的根文件系统romfs中就包含这些目录了。

（2）指定Web服务器的根目录路径（SERVER_ROOT）

进入/uclinux-samsung/user/boa/src/目录，通过修改define.h文件中#define ERVER_ROOT“/home”语句 来指定SERVER_ROOT。另外，还可以通过命令行来指定，例如：boa-c/home/&。而且命令行 指定的SERVER_ROOT可以覆盖define.h文件所指定的。

    （3）修改boa.conf文件

在./uclinux-samsung/user/boa/src/boa.conf里修改：

*将user obody

Group ogroup

改为User 0

Group 0;

*将DocumentRoot/var/www

改为DocumentRoot/home/web,这样web服务器的文档根目录为/home/web；

*将MimeTypes/etc/mime.types

改为MimeTypes/home/web/mime.types；

定义默认首页和CGI程序所在目录，即

DirectoryIndex index.html

ScriptAlias/cgi-bin//home/web/cgi-bin/

这样指定后，.index.htm为远程浏览客户访问Web Server所看到的首页默认值，用C编写的CGI程序编译成二进制文件，放到/cgi-bin/目录下，CGI程序能被正确地执行。

Boa.conf文件和mime.types文件必须放到Web服务器根目录下，所以把修改后的bao.conf和mime.types拷贝到“./uclinux-samsung/romfs/home/”目录下。然后在/uclinux-samsung/Vendors/Samsung/4510b/inittab里修改，在：inet:unknown:/bin/inetd后加入：boa:unknown:/bin/boac/home。

配置过程后，重新编译内核，编译时选中Boa选项。把编译好的内核下载到开发 板，启动uClinux，完成IP配置，启动Boa Web Server，然后就可以通过IE访问你的网页了。如果想启动uClinux时自动启动Boa Web Server，可以修改rc文件，进入uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510B目录，在运行脚本rc中增加两行：

ifconfig eth202.196.9.197up

boa-c /home/&

修改后重新编译内核，再下载到开发板运行。运行uClinux后，不需要配置就可以直接通过IE来访问你的网页了。

2.2 uClinux下实现动态Web页面的CGI技术

到目前为止，实现动态Web页面有4种技术可供选择：CGI（Common Gateway Interface）、ASP（Active X ServerPage）、ASP（Active XServerPage）、PHP（Personal Home Page）和JSP（Java Server Page）。在uClinux下如果要实现动态网页，只能采用CGI，因此目前uClinux还不支持ASP、PHP等动态Web页面技术。

CGI（通用网关接口）提供Web服务器一个执行外部程序的通道，这种服务端技术使得浏览器和服务器之间具有交互性。CGI程序属于一个外部程序，需要编译成可执行文件，以便在服务端运行，其应用程序结构如图1所示。浏览器将用户输入的数据送到Web服务器，Web服务器将数据使用STDIN送给CGI程序，在执行CGI程序后，可能会访问存储数据的一些文档，最后使用STDOUT输出HTML形式的结构文件，经Web服务器送回浏览器显示给用户。

CGI程序可以用任何程序设计语言编写，如Shell脚本语言、Perl、Fortran、Pascal、C语言等。但目前uClinux不支持Perl、Fortran等语言，而且C语言在平台无关性上表示不错，所以我们选择用C来编写CGI程序。另外，uClinux也不支持数据库，所以需要保存的数据只能保存到文件中，CGI查询数据时也是查询这些文件，而不是访问数据库。

2.3 uClinux下动态Web页面的实现

下面通过一个例子来说明如何实现uClinux下的动态Web页面技术。此例子的目的是使用户能够通过Web页面内嵌表单提交数据，并能把用户提交的数据通过Web浏览器正确地返回给用户。实现动态Web页面的第一步是用HTML语言编写Web页及内建表单。编写Web页面时，要由ACTION属性来指定相关的CGI程序，如ACTION=cgi-bin/demo；由MOTHOD属性来指明所用的提交数据的方法，即MOTHOD=POST（GET）。本人编写的Web页面在浏览器中的显示如图2所示。

实现动态Web页面的第二步是用C编写CGI程序，CGI程序分为以下几部分：①根据POST方法或GET方法从提交的表单中接收数据；②URL编码的解码；③用printf（）函数来产生HTML源代码，并将经过解码后的数据正确地返回给浏览器。包括demo.c、cgivars.h和cgivars.c三个文件。将编写好的CGI程序编译成二进制文件放在cgi-bin/目录下，CGI程序能被正确地执行，最终CGI程序对上述表单数据的处理结果如图3所示。

图3 CGI程序处理结果

    下面对程序稍加说明。若以GET方法提交数据，表单中的数据被保存在QUERY_STRING环境变量中，通过调用函数getenv("QUERY_STRING")来读取数据；若以POST方法提交数据，则程序先从CONTENT_LENGTH环境量得到数据的字长，然后从标准输入中读取相应长度的字符串即可得到提交的数据。数组postinput[i]中保存的就是从表单中提取的数据。

URL编码的解码过程较为复杂，URL编码的规则下：①变量之间用“&”分开；②变量与其对应值之间用"="连接；③空格符用"+"代替；④特殊意义的字符用%接相应的十六进制ASCII码代替。解码即为编码的逆过程。在程序中，对于从表单中提取过来的postinput[i]中的数据，当发现字符为“+”时，将它转换成空格；当发现字符为“&”时，意味着个名字/值对的结束，在此处将字符中切成几个字符串；当再现字符为“=”时，意味着一个名字/值对的名字部分的结束，在此再将名字/值对分开。最后通过调用unescape_url(char *url)子函数将十六进制ASCII码值表示的特殊字符转换成相应的ASCII字符。

结语

用本文所提供的方法实现的动态Web Server通用性强，能够在嵌入式平台上高效率地运行，有着广泛的应用前景。