嵌入式Linux系统CGI程序设计技术

    摘要：在详细介绍一种嵌入式Web服务器BOA的实现与配置方法的基础上，以一个Web在线远程监控GPIO（通用输入/输出）的程序为实例，介绍嵌入式Linux系统下CPU程序设计技术。

    关键词：嵌入式系统Linux BOA CGI GPIO

1 概述

随着互联网应用的普及，越来越多的信息化产品需要接入互联网通过Web页面进行远程访问。嵌入式Web系统提供了一种经济、实用的互联网嵌入式接入方案。这里结合一种嵌入式Web Server BOA来介绍嵌入式Linux系统下的CGI程序设计技术。

2 Web Server BOA的实现与配置

2.1 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。BOA是一个单任务的小型HTTP服务器，源代码开放、性能优秀，特别适合应用在嵌入式系统中。目前的uClinux的代码中已经包含BOA的源代码。在uClinux下实现BOA，只需要对BOA做一些配置和修改。以下是配置的过程。

（1）编译BOA到内核

首先，需要把BOA编译到内核，即执行make menuconfig，在应用程序选单中network application项下面选择boa。该操作需要重新编译内核。

（2）编制配置文件boa.conf

在Linux操作系统下，应用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，一般都是放在目标板/etc/目录下或者/etc/config目录下。但boa的配置文件boa.cont一般都旋转在目标板/home/httpd/目录下。

例如，一个典型的boa.conf文件格式如下：

ServerName Samsung-ARM

DocumentRoot/home/httpd

ScriptAlias/cgi-bin/home/httpd/cgi-bin/

ScriptAlias/index.html/home/httpd/index.html

它指定了HTML页面必须放到/home/httpd目录下，cgi外部扩展程序必须放到/home/httpd/cgi-bin目录下。

（3）编译烧写内核

重新编译内核后，通过烧写工具烧写内核，就可以在PC上通过IE浏览器访问开发板上的Web Server。例如，输入开发板的IP地址http://192.168.0.101，即可访问到自己做的网页index.html了。并且，通过编写CGI外部扩展程序，可以实现动态Web技术，下面将详细介绍。

2．2 具有MMU平台的Linux下B0A的实现与配置

对于有MMU（内存管理单元）的平台，如armlinux和ppclinux，可以到网上下载一个主流版本的boa发行包。因为是运行在目标系统，所以要用交叉编译工具编译，即需要修改boa/src/Makefile里面的编译器。例如：

CC=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-gcc

CPP=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-g++

然后直接在boa/src目录下执行make，即可生成BOA可执行文件；将其编译入内核，并烧写到存储设备，就可以实现访问BOA服务器。

3 CGI程序设计技术

CGI（Common Gateway Interface）是外部应用扩展应用程序与WWW服务器交互的一个标准接口。按照CGI标准编写的外部扩展应用程序可以处理客户端浏览器输入的数据，从而完成客户端与服务器的交互操作。而CGI规范就定义了Web服务器如何向扩展应用程序发送消息，在收到扩展应用程序的信息后又如何进行处理等内容。通过CGI可以提供许多静态的HTML网页无法实现的功能，比如搜索引擎、基于Web的数据库访问等等。

3．1 工作原理

（1）WWW和CGI的工作原理

HTTP协议是WWW的基础，它基于客户/服务器模型，一个服务器可以为分布在网络中处的客户提供服务；它是建立在TCP/IP协议之上的“无连接”协议，每次连接只处理一个请求。在服务器上，运行产着一个守护进程对端口进行监听，等待来自客户的请求。当一个请求到来时，将创建一个子进程为用户的连接服务。根据请求的不同，服务器返回HTML文件或者通过CGI调用外部应用程序，返回处理结果。服务器通过CGI与外部程序和脚本之间进行交互，根据客户端在进行请求时所采取的方法，服务器会收集客户所提供的信息，并将该部分信息发送给指定的CGI扩展程序。CGI扩展程序进行信息处理并将结果返回服务器，然后服务器对信息进行分析，并将结果发送回客户端。

外部CGI程序与WWW服务器进行通信、传递有关参数和处理结果是通过环境变量、命令行参数和标准输入来进行的。服务器提供了客户端（浏览器）与CGI扩展程序之间的信息交换的通道。CGI的标准输入是服务器的标准输出，而CGI的标准输出是服务器的标准输入。客户的请求通过服务器的标准输出传送给CGI的标准输入，CGI对信息进行处理后，将结果发送到它的标准输入，然后由服务器将处理结果发送给客户端。

（2）URL编码

客户端浏览器向服务器发送数据采用编码的形式进行。该编码就是CRL编码。编码的主要工作是表单域的名字和值的转义，具体的做法为：每一对域和值里的空格都会被替换为一个加号（+）字符，不是字母或数字的字符将被替换为它们的十六进制数字形式，格式为%HH。HH是该字符的ASCII十六进制值。<BR>标签将被替换为“%0D%0A”。

信息是按它们在表单里出现的顺序排列的。数据域的名字和数据域的值通过等号（=）字符连在一起。各对名/值再通过“&”字符连接在一起。经过这些编码处理之后，表单信号就整个成为一个连续的字符流，里面包含着将被送往服务器的全部信息。

因为表单输入信息都是经过编码后传递给脚本程序的，所以CGI扩展程序在使用这些参数之前必须对它们进行解码。

3．2 CGI外部扩展程序编制

服务器程序可以通过三种途径接收信息：环境变量、命令行和标准输入。具体使用哪一种方法要由<FORM>标签的METHOD属性来决定。

在“METHOD=GET”时，向CGI程序传递表单编码信息的正常做法是通过命令来进行的。大多数表单编码信息都是通过QUERY_STRING的环境变量来传递的。如果“METHOD=POST”，表单信息将通过标准输入来读取。还有一种不使用表单就可以向CGI传送信息的方法，那就是把信息直接追回在URL地址后面，信息和URL之间用问号（？）来分隔。

下面结合Web远程监控ARM芯片的GPIO（通用输入/输出）的应用实例详细介绍。

（1）GET方法

GET方法是对数据的一个请求，被用于获得静态文档。当使用GET方法时，CGI程序将会从环境变量QUERY_STRING获取数据。为了处理客户端的请求，CGI必须对QUERY_STRING中的字符串进行分析。当需要从服务器获取数据并且不改变服务器上的数据时，应该选用GET方法；但是如果请求中包含的字符串超过了一定长度，一般是1024字节，那么就只能选用POST方法。GET方法通过附加在URL后面的参数发送请求信息。这些参数将被放在环境变量QUERY_STRING中传给CGI程序。GET方法的表单格式和CGI解码程序可以参考POST方法的实现。

（2）POST方法

当浏览器将数据从一个填写的表单传给服务器时一般采用POST方法，而且在发送的数据超过1024字节时也必须采用POST方法。当使用POST方法时，Web服务器向CGI程序的标准输入STDIN传送数据。发送的数据长度存在环境变量CONTENT_LENGTH中，并且，POST方法的数据格式为：

variable1=value1&variable2=value2&etc

CGI程序必须检查REQUEST_METHOD环境变量以确定是否采用了POST方法，并决定是否要读取STDIN。POST方法在HTML文档中定义的表单如下：

<FORM METHOD=POST ACTION="/cgi-bin/cgi_gpio.cgi">

<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="0">Operate P0<BR>

<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="1">Operate P1<BR>

<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="2">Operate P2<BR>

<INPUT NAME="ok"TYPE=submit VALUE="OK"><INPUT>

NAME="cancel"TYPE=reset VALUE="RESET"></FORM>

它调用的服务器脚本程序是/cgi/bin/cgi_gpio.cgi。CGI扩展程序中FORM表单的解码可参考如下程序：

/*function getPOSTvars*/

char **getPOSTvars(){

int i;

int content_length;

char **postvars;

char *postinput;

char **pairlist;

int paircount=0;

chr *nvpair;

char *eqpos;

postinput=getenv("CONTENT_LENGTH");//获取传送给程序数据的字节数

if(!postinput)

exit();

if(!content_length=atoi(postinput))) //获取信息长度

exit(1);

if(!(postinput=(char*)malloc(content_length+1)))

exit(1);

if(!fread(postinput,content_length,1,stadin))

exit(1);

postinput[content_length]='0';

for(i=0;postinput[i];i++)

if(postinput[i]=='+')

postinput[i]=''; //对加易进行处理

pairlist=(char **)malloc(256*sizeof(char **));

paircount=0;

nvpair=strtok(postinput,"&");//从出现“&”字符的位置把信息分段，然后对结果依次处理

while (nvpair){

pairlist[paircount++]=strdup(nvpair);

if(!(paircount%256))

pairlist=(char**)realloc(pairlist,(paircount+256)*sizeof(char**));

nvpair=strtok(NULL,"&");

}

pairlist[paircount]=0;

postvars=(char**)malloc((paircount*2+1)*sizeof(char **));

for(i=0;i<paircount;i++){

if(eqpos=strchr(pairlist[i],'=')){

*eqpos='0';

unescape_url(postvars[i*2+1]=strdup(eqpos+1));//调用unescape_url函数继续解码

}else{

unescape_url(postvars[i*2+1])=strdup(""));

}

postvars[paircount*2]=0;

for(i=0;pairlist[i];i++)

free(pairlist[i]);

free(pairlist);

free(postinput);

return postvars;

}

其中，unescape_url函数再调用x2c函数，把（不是字节或数字的）特殊字符从其%HH表示方式解码为文本字符。

/*unescape_url function*/

static void unescape_url(char *url){

int x,y;

for(x=0,y=0;url[y];++x,++y){

if((url[x]=url[y])=='%'){

url[x]=x2c(&url[y+1]);

y+=2;

}

}

url[x]='0';

}

(3)直接URL加参数传递方法

这是一种不使用表单就可以向CGI传送信息的方法。它把信息直接追加在URL地址后面，信息和URL之间用号号（？）来分隔。例如，对于一个cgi_gpio.cgi的脚本，可以从如下的链接启动：

<A HREF=/cgi-gpio.cgi!?flag=0 Operate P0</A>

<A HREF>/*cgi-bin/cgi_gpio.cgi?flag=1 Operate P1</A>

<A HREF=/cgi-bin_gpio.cgi?flag=2 Operate P2</A>

.

.

.

CGI扩展程序中可使用如下代码接收信息：char *get_input;//用于接收环境变量

.

.

.

get_input=getenv(“QUERY_STRING”);

if(get_input){

get_input=strdup(get_input);

printf("QUERY_STRING if %s",get_input);

}

/*判断flag=x信息*/

if(!strcmp(get_input,"flag=0")

...//Operate p0

else if(!strcmp(get_input,"flag=1")

...//Operate P1

else

...//Operate P2

对于上述三种方法，可以根据不同的应用场合和应用要求进行选取。

结语

嵌入式Web Server系统方案可以广泛应用在许多领域，如自动化设备的远程监控、嵌入式GSM短消息 平台以及远程家庭医疗等。并且，随着互联网应用领域的不断深入，嵌入式Internet技术将得到更为广泛的应用和发展。