摘要HTTP協(xié)議是目前流行的Web技術的主要協(xié)議，是Web瀏覽器和Web服務器之間進行通信的基礎。本文首先對嵌入式系統(tǒng)從整體上進行了簡析，說明了嵌入式系統(tǒng)不同于通用型計算機系統(tǒng)的特點和嵌入式系統(tǒng)應用的廣泛性。然后從協(xié)議的角度出發(fā)論述了HTTP協(xié)議。最后介紹了一個基于嵌入式Web技術的AllLightSYS系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，重點闡述嵌入式服務器軟硬件部分的設計思想和體系架構，并對關鍵技術進行了詳細的介紹。
關鍵詞：嵌入式Web服務器；HTTP協(xié)議；AllLightSYS系統(tǒng)

1 引言

21世紀是嵌入式計算系統(tǒng)時代，人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦兴佑|的儀器與設備中，都將嵌入具有強大計算能力的微處理器。嵌入式系統(tǒng)是任意包含一個可編程計算機的設備，但是這個設備不是作為通用計算機而設計的。即嵌入式計算系統(tǒng)是嵌入在其他設備中，起智能控制作用的專用計算機系統(tǒng)。一臺通用個人電腦不能稱為嵌入式計算系統(tǒng)，盡管有時會把它嵌入到某些設備中，而一臺包含有微處理器的打印機、數(shù)碼相機就可以算嵌入式計算系統(tǒng)。嵌入式計算系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應用到工業(yè)控制設備系統(tǒng)、信息家電、智能家庭設備等眾多領域中。隨著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展，Web應用程序的應用也越來越廣泛，它廣泛地用于各種監(jiān)控系統(tǒng)、通信設備等領域。嵌入式系統(tǒng)日益與Internet技術和 WWW技術結合起來發(fā)展為嵌入式Web或嵌入式Internet技術。嵌入式設備與Internet的結合將代表著嵌入式技術的真正未來。下文介紹一種嵌入式智能家庭遠程監(jiān)控系統(tǒng)，它是在Microchip公司提供硬件的基礎，在功能實現(xiàn)上獨立完成了TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議的編寫，并在此基礎上加載了實際的應用。

2 HTTP協(xié)議

HTTP是超文本傳輸協(xié)議的縮寫，用于傳送WWW方式的數(shù)據(jù)。HTTP協(xié)議采用了請求／響應模型?？蛻舳讼蚍掌靼l(fā)送一個請求，請求頭包含請求的方法、URI、協(xié)議版本、以及包含請求修飾符、客戶信息和內(nèi)容類似于MIME的消息結構。服務器以一個狀態(tài)行作為響應，相應的內(nèi)容包括消息協(xié)議的版本，成功或者錯誤編碼加上包含服務器信息、實體元信息以及可能的實體內(nèi)容。通常HTTP消息包括客戶機向服務器的請求消息和服務器向客戶機的響應消息。這兩種類型的消息由一個起始行，一個或者多個頭域，一個頭域結束的空行和可選的消息體組成。在Internet上，HTTP通訊通常發(fā)生在TCP/IP連接之上。缺省端口是TCP80，但其它的端口也是可用的。但這并不預示著HTTP協(xié)議在Internet或其它網(wǎng)絡的其它協(xié)議之上才能完成。HTTP只預示著一個可靠的傳輸。基于HTTP協(xié)議的客戶/服務器模式的信息交換過程，它分四個過程，建立連接、發(fā)送請求信息、發(fā)送響應信息、關閉連接。WWW服務器運行時，一直在TCP80端口監(jiān)聽，等待連接的出現(xiàn)。

3 嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)AllLightSYS的設計與實現(xiàn)

3．1 功能概要

這里所提及的系統(tǒng)，它的芯片類型是由Microchip公司提供的PIC18F6722。該機器是通過AllLight System和Internet相連，從而對住所內(nèi)的電器進行遠程控制的Interface單元。它是通過Modem，Rote連接到Internet，使用手機的WEB瀏覽器訪問AllLight系統(tǒng)來遠程控制空調(diào)、電燈等電器的開和關，只要在手機的WEB瀏覽器上輸入該系統(tǒng)的URL后，在該登陸頁面上輸入遠程操作的AllLight的ControlUnit的編號，從而對登錄WEB I/F UNIT的用戶進行認證，經(jīng)過認證的用戶可以繼續(xù)，認證不通過的轉到認證錯誤畫面。同時可以啟動該系統(tǒng)的防盜監(jiān)視功能時，當有入侵者打開被監(jiān)視的電器設備時，就可以向用戶手機（計算機終端）發(fā)送郵件進行提醒。這里最多可以控制的AllLightControlUnit數(shù)是32臺。 （如圖）

在手機的WEB瀏覽器上輸入WEB I/F UNIT的URL后，為了防止非法登錄，一旦用戶登錄3次失敗以后，外部的登錄將失效，WEB I/F UNIT將通過HTTP協(xié)議向AllLight服務器發(fā)送非法登錄的警告信號。警告信息中包含了WEB I/F UNIT的MAC地址（為了和用戶的郵件地址關聯(lián)）。AllLight專用服務器根據(jù)WEB I/F UNIT傳送警告信息中的MAC地址數(shù)據(jù)，將警告郵件發(fā)送到與MAC對應的用戶手機上。外部登錄的失效解除，是通過WEB I/F UNIT的外部登錄無效解除按鈕來實行的。

該系統(tǒng)還可以對和WEB I/F UNIT直接相連的AllLight Control Unit（Local Port連接）的回路進行監(jiān)視。監(jiān)視回路和檢測狀態(tài)（ON/OFF）是通過在WEBPAGE設定的，根據(jù)設定的內(nèi)容對回路監(jiān)視。如果是檢測到防盜信息，向AllLight專用服務器發(fā)送警告信號，AllLight專用服務器向用戶發(fā)送郵件。防盜監(jiān)視機能的開和關是通過手機登陸頁面中的一個功能鍵來控制的。通過“外部接點”，可以對WEB I/F UNIT的防盜監(jiān)視機能進行設定。因為只能在屋內(nèi)通過開關解除防盜監(jiān)視機能，回路狀態(tài)上的“有入侵者”通過回路狀態(tài)和設定的數(shù)據(jù)（監(jiān)視回路，監(jiān)視狀態(tài)）是否一致來判斷?；芈凡灰恢碌那闆r下，在一定時間內(nèi)，如果沒有解除“防盜監(jiān)視機能”，判斷為“有入侵者”；如果在這段時間內(nèi)，解除了“防盜監(jiān)視機能”，判斷為“無入侵者”。上述的“一定時間”，是可以設定的數(shù)據(jù)。另外，當通過外部接點打開“防盜監(jiān)視機能”時，為了避免屋內(nèi)操作電器的誤判為“有入侵者”，設計了延時。

另外，在AllLightSystem設計了和PC機的Interface。和計算機的Interface是通過Ethernet實現(xiàn)的。將AllLightSystem的通信協(xié)議數(shù)據(jù)轉換成計算機使用的通信協(xié)議。只能在Local內(nèi)使用。計算機和WEB I/F UNIT是靠Socket進行通信的。在WEB I/F UNIT中封裝Sokect的通信服務，連接端口通過設定機能設定。計算機發(fā)出連接請求后，建立連接。連接建立后，如果Sokect存在，進行以下處理。如果是從AllLightSystem發(fā)來數(shù)據(jù)包，收到的數(shù)據(jù)包加上TCP協(xié)議的包頭，向計算機發(fā)送。如果是從計算機發(fā)來的數(shù)據(jù)包，從收到的數(shù)據(jù)包（TCP數(shù)據(jù)包）中取出AllLight數(shù)據(jù)包，向AllLightSystem發(fā)送AllLight數(shù)據(jù)包。

通過外部接點（AllLight的配套機器：SX）的操作，在AllLightSystem的管理下，可以將電燈，空調(diào)等電器全關閉。

3．2 軟件實現(xiàn)

l 軟件構成圖

l HTTP服務處理

接收從手機、計算機發(fā)送過來的HTTP數(shù)據(jù)包，通過HTTP服務將HTTP數(shù)據(jù)解析。將接收到的HTTP請求解析，根據(jù)請求的內(nèi)容（WEBPAGE請求或CGI請求），發(fā)送WEBPAGE的內(nèi)容或進行CGI處理。生成客戶端請求的WEBPAGE，將該WEBPAGE送到客戶端。如果，設定模式的數(shù)據(jù)限制了該客戶端請求的WEBPAGE，將錯誤頁面發(fā)送到客戶端。如果外部登錄FLAG是有效的，進行HTTP協(xié)議解析；如果外部登錄FLAG是無效的，為了禁止從Internet的登陸，檢查HTTP請求的IP協(xié)議的發(fā)包IP和WEB I/F UNIT的IP,子網(wǎng)掩碼是否是同一個網(wǎng)段，如果是同一個網(wǎng)段，進行HTTP協(xié)議解析，不是同網(wǎng)段，返回錯誤頁面。根據(jù)HTTP請求的CGI種類可以進行各種請求，例如，進行用戶認證處理是通過手機、計算機實行用戶認證，和登錄在WEB I/F UNIT上的內(nèi)容進行一致性檢查。（用戶ID，PASSWORD）如果一致則認證失敗計數(shù)=0，將“主菜單”畫面的HTTP數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。如果不一致則認證失敗計數(shù)+1，“登錄失敗”畫面的HTTP數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。如果連續(xù)登錄3次不一致，外部登錄無效。進行防盜監(jiān)視設定處理是將防盜監(jiān)視機能FLAG設定成有效無效，控制SL的LED（有效：紅燈ON，無效：綠燈ON），更新“主菜單”畫面的防盜監(jiān)視狀態(tài)。處理后，將“主菜單”畫面的HTTP送到客戶端。

這里需要說明的是，由于WEB I/F UNIT的GlobalIP地址是動態(tài)分配的，所以必須構建AllLight的專用服務器，并且在該服務器上將WEB I/F UNIT的GlobalIP登錄。GlobalIP的登錄需要定期執(zhí)行，在AllLight專用服務器上，是將WEB I/F UNIT的IP地址和MAC地址綁定的，因此，WEB I/F UNIT必須將自己的MAC地址通過HTTP協(xié)議傳送到AllLight專用服務器上。

l AllLight響應的接收處理

通過PIC的UART機能，接收AllLightSystem發(fā)出的數(shù)據(jù)包。只響應AllLight ControlUnit發(fā)出的數(shù)據(jù)。（其它數(shù)據(jù)忽略。）如果遠程操作機能FLAG，防盜監(jiān)視機能FLAG有效，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)更新WEB I/F UNIT的回路狀態(tài)數(shù)據(jù)。如果PC I/F機能FLAG有效，由于發(fā)送的數(shù)據(jù)是有AllLight協(xié)議的信息，為了使接受的數(shù)據(jù)能夠進行PC I/F處理，除去AllLight協(xié)議的報文頭。

l AllLight指令發(fā)送處理

遠程操作機能如果FLAG有效，實行有效回路檢查。有效回路設定數(shù)據(jù)Check，如果指令控制的回路遠程操作有效，實行指令發(fā)送處理。根據(jù)手機發(fā)出的要求，將“ON”，“OFF”指令轉換成AllLight協(xié)議數(shù)據(jù)發(fā)送。如果是通過PC I/F處理，去掉TCP數(shù)據(jù)的報頭，將取出的數(shù)據(jù)加上AllLight協(xié)議的報頭，發(fā)送數(shù)據(jù)包。

4 結論

本文介紹了一個基于對嵌入式Web技術的家庭遠程操作監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，主要實現(xiàn)通過手機或電腦對自己家用電器進行監(jiān)控和遠程操作，極大地保證了家庭的安全，也方便了人們的生活。本文作者的創(chuàng)新點就是：服務器的設計基于嵌入式WEB技術，支持動態(tài)IP，可以直接進入以太網(wǎng)，用戶無需使用專用的操作系統(tǒng)和軟件，可以直接通過瀏覽器進行操作，通過HTTP與嵌入式WEB進行通信。通過這次項目的完成，相信隨著網(wǎng)絡監(jiān)控技術的發(fā)展，基于嵌入式WEB的遠程操作系統(tǒng)必將有良好的發(fā)展前景。

參考文獻：

1、Terry H.Ess, T.H.E.Solution LLC,Greer,SC, Accessing Devices Using a Web Service”, Proceedings IEEE SoutheastCon 2002
2、嚴麗平，曾輝，宋凱，甘嵐．嵌入式智能家庭網(wǎng)關的研究與設計，微計算機信息，2005年，第12－2期，14－16頁
3、嵌入式系統(tǒng)設計原理及應用／符意德編著．―北京：清華大學出版社，2004.11
4、張曦煌，柴志雷．嵌入式Web服務器中CGI的特點及實現(xiàn)．[J]小型微型計算機系統(tǒng)．Vol24,No11(2003)2046-20482003
5、Rich Bowen，Ken Coar等著，羅四維等譯，Apache Server實用全書，電子工業(yè)出版社，北京，2001.