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基于web的嵌入式远程监控系统第1页共34页1基于web的嵌入式远程监控系统学生：刘仁指导老师：蔡硕摘要：随针对当前国内国外嵌入式服务器技术研究和发展情况的分析，本报告提出了将WEB服务器、嵌入式系统以及当前的一些嵌入式实验板板载功能进行融合的设计思想。设计了结合WEB服务器技术的嵌入式监控系统。该系统具有浏览交互式网页，对嵌入式平台进行监视和控制等功能。通过本套嵌入式WEB服务器系统，用户可以通过HTTP协议方便的访问相应的嵌入式平台进行有效监视的同时还可以进行实时的有效控制。该系统对硬件要求极低、响应速度快、安全性好、可扩展性强等优点，具有较高的实际应用价值。该系统在智能家居、嵌入式组网等方面的应用将有较广阔的发展前途。关键词：ARM嵌入式系统；嵌入式web监控；boa服务器；CGI编程；Linux操作系统关键词：自动化、奏乐器、VHDL、数字电路基于web的嵌入式远程监控系统第2页共34页2Abstract:Accordingtotheanalysisoftheresearchesaboutthestatusofthembeddedserveroftheworld.WeriseadesignofaembeddedinternetcontrolsystembasedontheWebservicewhichintegratesthewebserver,embeddedtechnologyandthefunctionsontheembeddedexperimentBoard.Thissystemhasthefunctionofbrowsingthewebpages，monitoringtheembeddedBoardandsoon.WiththisembeddedWEBserver,theuserscanwatchtheembeddedsystemconvenientlyaccordingtheHTTPprotocol.Atthesametimetheuserscanalsomonitortheystem.Thissystemhavealotoflongtageslikealowrequestofthehardware,limitedtimeofresponseandastablestatus.Wewillseethatthiskindofsystemusedintheapplicationofintelligentfamilyelectronics,embeddednetingandsoonwouldhaveagooddevelopment.Keywords:ARMEmbeddedSystem;EmbeddedWebServerSystem;BoaServer;CGIPrograming;LinuxOperatingSystem基于web的嵌入式远程监控系统第3页共34页31引言嵌入式系统课程设计是本专业在学习完C语言、LINUX操作系统、嵌入式系统原理与接口设计、嵌入式操作系统原理之后的专业课程设计，属于专业课内容。通过课程设计建立嵌入式系统主体环节，嵌入式系统的最小结构和系统应用设计基本技能，培养分析和解决一些简单的实际问题的能力，为今后毕业设计奠定基础。随着嵌入式技术的发展和高速宽带网络的普及,利用网络实现远程监控已为人们广泛接受,嵌入式网络监控技术正是在此条件下逐步发展成熟起来的。用户使用Web浏览器,通过以太网远程访问内置Web服务器的监控摄像机,不但可以实现对现场的远程视频监控,而且可以向监控现场发送指令。在整个系统的实现过程中,嵌入式Web服务器起着十分重要的作用。本课题就是基于该项技术，最终编程实现通过网络控制下位机嵌入式控制器的电机启动和停止。1.1研究目的和意义1、通过嵌入式课程设计，熟练掌握C语言的编程方法。基于WEB的远程监控的实现，CGI的编写和使用，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。2、通过基于WEB的嵌入式远程监控系统的设计，掌握S3C2410实验箱,直流电机的工作原理，BOA服务器的使用，CGI的使用和简单程序的编写及调试方法，最终提高我们的动手实践能力。3、本课题的研究目的是用BOA服务器、CGI、IE浏览器设计一个通过IE浏览器监控电机的系统，能够通过两个简单的按键对电机进行启动和停止的控基于web的嵌入式远程监控系统第4页共34页4制，并能够在IE浏览器上看到电机的当前状态。4、由于基于WEB的嵌入式远程监控系统将成为今后远程监控技术发展的主流方向，所以需要设计出简单实用，让人们更满意的产品。1.2本设计任务和主要内容1．基本要求本课题主要设计和研究基于WEB的嵌入式远程监控系统，要求在保证可靠运行的前提下，电路设计尽量简洁紧凑，以减小成本、提高系统的效率和安全性。2．应解决的问题1）设计系统网络方案2）分析网络程序结构和应用程序的使用方法3）编程实现嵌入式系统服务器功能4）编程实现嵌入式系统联网功能5）编程实现通过网络控制下位机嵌入式控制器的电机启动和停止3．扩展功能演奏时可以通过按键选择是手动演奏还是自动演奏，手动演奏是通过按键进行简易乐曲的演奏。基于web的嵌入式远程监控系统第5页共34页52总体方案设计2.1整体方案设计系统总体设计是基于嵌入式系统和WEB服务器结合的思想开发的，其网络拓扑结构如图2.1所示图2.1系统网络拓扑图针对本次课程设计提出的系统设计如图2.2所示图2.2系统方案框图基于web的嵌入式远程监控系统第6页共34页62.2硬件系统设计2.3.1核心处理器的选择核心处理芯片需要完成处理和支持整个系统的功能需求，通过运行BOA服务器要实施的接收来自各个客户端的请求和信息，并根据获得的请求和信息进行相应的后台处理以及信息的反馈。为完成上述功能，实现服务器正常运行，对处理芯片进行选型，对比现有处理芯片的优缺点，选择ARM9S3C2410X芯片作为设计开发嵌入式服务器系统的核心处理芯片。S3C2410X微处理器是一款由Samsung公司为手持设备设计的低功耗、高集成度的基于ARM920T核的微处理器，为了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片还集成了以下部件：16KB指令Cache、16KB数据Cache、MMU、外部存储器控制器、LCD控制器、NANDFLASH控制器、4个DMA通道、3个UART通道、1个IIC总线控制器、1个IIS总线控制器、4个PWM定时器、1个内部定时器、通用IO口、实时时钟、8通道10位ADC和触摸屏接口、USB主、USB从、SD/MMC卡接口等。2.3软件环境选择2.3.1操作系统的选择当选定了硬件系统后，为了配合硬件达到系统的最优控制要求，对市面上常用的嵌入式系统进行分析比较。(1)价格比较：Linux是完全免费的操作系统，只需遵循GPL声明，不需支付任何费用；WinCE是微软的商用嵌入式操作系统，使用它需要支付WinCE及其开发环境的费用，开发出来的每套产品也需交纳一定费用。uc/os—II系统，可以免费用于学习或科研，但开发商使用产品或销售都是收费的。(2)开放性比较：Linux是源代码完全开放的操作系统，可以自由下载，并且基于web的嵌入式远程监控系统第7页共34页7在遵循GPL声明的前提下可以自由地修改、移植，为系统的开发和调试带来极大的便利；winCE是部分源码开放的商用操作系统，如果要修改其中的代码，需获得微软公司的授权；uc/os—II也是开放的实时操作系统。(3)文件系统的比较：Linux支持绝大部分文件系统，只需选择相应的文件系统即可；WinCE仅支持Windows系列的FAT16、有限文件系统；uc/os—II本身没有包括文件系统，需购买或移植。Linux与ARM处理器从以上可以看出，Linux系统在诸多方面都存在优势，而且本身的ARM处理器与Linux也有着紧密的联系。因此采用Linux操作系统。2.3.2服务器的选择典型的嵌入式Web服务器有Boa和thttpd两种，它们和Apache等高性能的Web服务器主要的区别在于它们一般是单进程服务器，只有在完成一个用户请求后才能响应另一个用户的请求，而无法并发响应，但这在嵌入式设备的应用场合里已经足够了。Boa是一个非常小巧的Web服务器，可执行代码只有约60KB。它是一个单任务Web服务器，只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求。但Boa支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。Boa的设计目标是速度和安全，在其站点公布的性能测验中，Boa的性能要好于Apache服务器。经过上述的对比和判断，选择Boa作为系统的嵌入式服务器。综合以上的讨论以及选择，根据系统的实际需求，最终确定了采用S3C2410X为核心处理器，Linux为嵌入式操作系统，boa为服务器以及相应的http浏览器的系统设计方案。基于web的嵌入式远程监控系统第8页共34页83硬件设计3.1系统硬件平台介绍我们所介绍的硬件平台是基于ARM体系结构，由北京博创兴业科技有限公司开发的UP-NetARM2410-S实验仪器。UP-NetARM2410-S的CPU为ARM920T内核的三星S3c2410芯片，由于有MMU（内存管理单元）可以运行标准的ARM-LINUX内核。通过这个平台，我们可以实现嵌入式LINUX中的针对无MMU的开发过程。3.2s3c2410芯片介绍图3.1芯片结构图基于web的嵌入式远程监控系统第9页共34页93.3ARM处理器的外围设备3.3.1电源电路设备提供12v的电源，经LM1085-3.3V和AS1117-1.8V分别得到3.3V和1.8V的工作电压。开发板上的芯片多数使用了3.3V电压，而1.8V是供给S3C2410内核使用的。5V电压供给LCD、电机、总线等电路使用。图3.2电源电路3.3.2硬件复位电路硬件复位电路由IMP811T构成，实现对电源电压的监控和手动复位操作。2410-S主板复位电路设置专用逻辑：IMP811T的复位电平可以使CPUJTAG（nTRST和板级系统（nRESET）全部复位；来自仿真器的ICE_nSRST信号只能使板级复位；来自仿真器的ICE_nTRST可以使JTAG（nTRST）复位，通过跳线选择是否使板级nRESET复位。nRESET反相后得到RESET信号。硬件复位电路如图3.3所示基于web的嵌入式远程监控系统第10页共34页10图3.3硬件复位基于web的嵌入式远程监控系统第11页共34页114软件设计4.1设计思想基于web的嵌入式监控系统设计主要的功能有简单的网页浏览，实现简单应用功能（客户端与服务器的交互）以及服务器端的控制功能。因此软件的设计分为三个部分：boa服务器的搭建、应用程序设计和驱动程序的加载。4.2BOA服务器的简介与搭建4.2.1嵌入式Web服务器Boa的特点Boa是一款单任务的HTTP服务器,与其他传统的Web服务器不同的是当有连接请求到来时,它并不为每个连接单独创建进程,也不通过复制自身进程来处理多链接,而是通过建立HTTP请求列表来处理多路HTTP连接请求,同时它只为CGI程序创建新的进程,这样就在最大程度上节省了系统资源,这对嵌入式系统来说至关重要。同时它还具有自动生成目录、自动解压文件等功能,因此Boa具有很高的HTTP请求处理速度和效率,在嵌入式系统中具有很高的应用价值。4.2.2Boa的功能实现嵌入式Web服务器Boa和普通Web服务器一样,能够完成接收客户端请求、分析请求、响应请求、向客户端返回请求结果等任务。它的工作过程主要包括：(a)完成Web服务器的初始化工作,如创建环境变量、创建TCP套接字、绑定端口、开始侦听、进入循环结构,以及等待接收客户浏览器的连接请求；(b)当有客户端连接请求时,Web服务器负责接收客户端请求,并保存相关请求信息；(c)在接收到客户端的连接请求之后,分析客户端请求,解析出请求的方法、基于web的嵌入式远程监控系统第12页共34页12URL目标、可选的查询信息及表单信息,同时根据请求做出相应的处理；(d)