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嵌入式Web服务器的研究与实现

作　者: 张晋
导　师: 魏权利
学　校: 青岛科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 嵌入式Web服务器 LWIP协议栈 FreeRTOS CGI技术
分类号: TP393.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 112次
引　用: 1次
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内容摘要

随着信息技术的快速发展和Internet的广泛普及,将各种基于嵌入式系统的智能设备接入互联网,通过网络进行数据交换和远程控制,已经成为信息技术中的热点应用。本课题提出了一种基于B/S结构与嵌入式系统进行信息交换和远程控制的方案,并对其中的关键技术——嵌入式Web服务器的构建方法进行了重点研究。与常见的C/S结构系统相比,本方案具有不需要设计专用客户端软件、操作方法简明直观等优点。文章首先介绍了嵌入式网络系统的发展应用现状,分析了嵌入式网络系统的一般构建方案,以及各种嵌入式操作系统、网络协议栈等相关软件资源的特点。本课题使用AT91SAM7x256处理器作为硬件平台核心,嵌入式操作系统使用开源的FreeRTOS,并研究了该操作系统在AT91SAM7x256处理器上的移植方法。嵌入式网络协议栈则采用广泛使用的LWIP。通过对LWIP的工作原理、进程模型、内存管理等机制的分析,进一步研究了该协议栈向FreeRTOS操作系统的移植、网卡驱动程序的设计方法、协议栈与网卡驱动的衔接以及协议栈的启动初始化等问题。在本课题的关键技术方面,本文通过对实现动态Web服务器常用的CGI技术的分析,提出了CGI技术在FreeRTOS系统中的实现思路,并深入研究了嵌入式服务器的设计技术,包括HTTP报文的解析、对GET和POST请求的不同处理等。最终实现了以嵌入式系统为服务器,使用PC机浏览器与嵌入式设备进行数据交换和控制的B/S结构嵌入式网络系统,并在此基础上设计了应用实例。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 前言  8-14
  1.1 课题的研究背景  8-9
  1.2 嵌入式网络系统的研究应用现状  9-12
  1.3 本文主要研究内容和意义  12
  1.4 章节安排  12-14
2 嵌入式网络系统设计方案综述  14-21
  2.1 系统总体设计  14-17
    2.1.1 概述  14-15
    2.1.2 使用通用软硬件资源构建嵌入式网络系统的一般方案  15-17
  2.2 相关软件资源介绍  17-19
    2.2.1 嵌入式操作系统  17-18
    2.2.2 嵌入式TCP/IP 协议栈  18-19
  2.3 本课题的系统设计方案  19-20
  2.4 本章小结  20-21
3 硬件系统设计和操作系统移植  21-35
  3.1 硬件系统设计  21-26
    3.1.1 最小系统设计  21-23
    3.1.2 以太网接口设计  23-26
  3.2 FreeRTOS 的分析与移植  26-34
    3.2.1 FreeRTOS 简介  27
    3.2.2 FreeRTOS 的移植  27-34
  3.3 本章小结  34-35
4 LWIP 协议栈的分析与移植  35-54
  4.1 LWIP 简介  35-36
  4.2 LWIP 工作原理与关键技术分析  36-40
    4.2.1 LWIP 的工作过程  36-37
    4.2.2 LWIP 的进程模型  37-38
    4.2.3 缓冲区与内存管理  38-40
  4.3 LWIP 的移植  40-47
    4.3.1 相关头文件内容的修改  41-42
    4.3.2 信号量与邮箱的实现  42-46
    4.3.3 线程创建函数的实现  46
    4.3.4 网络任务的timeout 属性  46-47
    4.3.5 临界保护函数的实现  47
  4.4 网卡驱动和LWIP 驱动程序接口层的实现  47-51
    4.4.1 EMAC 初始化  48-50
    4.4.2 EMAC 中断处理函数  50
    4.4.3 EMAC 发送  50
    4.4.4 EMAC 接收  50-51
  4.5 LWIP 的启动与初始化  51-53
    4.5.1 协议栈的初始化  52
    4.5.2 网络接口配置  52-53
  4.6 本章小结  53-54
5 嵌入式 Web 服务器的实现与应用  54-73
  5.1 HTTP 协议  54-57
    5.1.1 概述  54
    5.1.2 HTTP 请求与响应  54-56
    5.1.3 URL 编码与解码  56
    5.1.4 HTML 表单  56-57
  5.2 动态Web 技术与CGI  57-59
    5.2.1 CGI 的工作过程  57-58
    5.2.2 CGI 参数的传递方法  58-59
  5.3 CGI 技术在嵌入式系统中的实现思路  59-60
  5.4 Web 服务器的总体设计分析  60-61
  5.5 具体实现  61-69
    5.5.1 HTTP 解析器  62-64
    5.5.2 静态Web 服务器的构建  64
    5.5.3 动态Web 服务器的构建  64-69
  5.6 应用实例  69-72
  5.7 本章小结  72-73
总结与展望  73-75
  工作总结  73
  研究展望  73-75
参考文献  75-77
致谢  77-78
攻读学位期间发表的学术论文  78-79

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