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, 因此, 在嵌入式网络视频监控系统中,Web 服务器的设计对监控系统的整体性能具有直接的影响, 只有有了高效率的Web 服务器, 监控系统的性能才能得到充分的发挥.
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.
2 Boa 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、URL 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)Web 服务器完成相应处理后, 向客户端浏览器发送响应信息, 关闭与客户机的TCP 连接.
嵌入式Web 服务器Boa 根据请求方法的不同, 做出不同的响应. 如果请求方法为HEAD, 则直接向浏览器返回响应首部; 如果请求方法为GET, 则在返回响应首部的同时, 将客户端请求的URL 目标文件从服务器上读出, 并且发送给客户端浏览器; 如果请求方法为POST, 则将客户发送过来的表单信息传送给相应的CGI 程序, 作为CGI 的参数来执行CGI 程序, 并将执行结果发送给客户端浏览器. Boa 的功能实现也是通过建立连接、绑定端口、进行侦听、请求处理等来实现的. 其初始化部分的源代码如下:
int server_s;
server_s = socket( SERVER_PF,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP) ;
if( server_s == - 1) {
DIE( unable to create socket) ;
}
if( set_nonblock_fd( server_s) == - 1) {
DIE( unable to set server socket to nonblocking) ;
}
if( fcntl( server_s,F_SETFD,1) == - 1) {
DIE( can′t set close! on! exec on server socket! ) ;
}
if( ( setsockopt( server_s, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,( void*)&sock_opt,
sizeof( sock_opt) ) ) == - 1) {
DIE( setsockopt) ;
}
if( bind_server( server_s, server_ip, server_port) == - 1) {
DIE( unable to bind) ;
}
if( listen( server_s, backlog) == - 1) {
DIE( unable to listen) ;
}
上述代码主要用于打开一个有效的socket 描述符, 然后将其转换为无阻塞套接字. 函数bind( ) 用于建立套接字描述符与指定端口间的关联, 并通过函数listen( ) 在该指定端口侦听, 等待远程连接请求.当侦听到连接请求时, Boa 调用函数get_request( int server_sock) 获取请求信息, 通过调用函数accept( ) 为该请求建立一个连接. 在建立连接之后, 接收请求信息, 同时对请求进行分析. 当有CGI 请求时, 为CGI 程序创建进程, 并将结果通过管道发送输出. Boa 的整体工作流程如图1 所示.
3 Boa 在ARM 上的移植
3.1 修改Web 服务器Boa
为进一步提高系统性能, 应根据嵌入式网络视频监控系统的特点, 对Web 服务器作适当的修改. 修改内容主要包括:
( a) 定义常数BUFFER_SIZE 为8192, 通过增大BUFFER_SIZE 的值来增加输入输出缓存,以提高图像传输速度, 从而加快系统的响应速度;
( b) 修改请求列表参数, 根据可能出现的请求数量修改服务器可以处理的HTTP 连接数量;
( c) 为适应嵌入式系统资源较少的情况, 精简uClinux 操作系统中的库函数,使用uClibc 进行编译, 因此要使Boa 在嵌入式系统上正常运行, 用户必须自己实现一些函数功能, 如字符串查找函数strstr( ) 和字符串复制函数strdup( ) 等.
3.2 交叉编译Boa
为了建立嵌入式交叉编译环境, 首先必须安装arm 交叉编译工具arm-elf-gcc, 然后使用交叉编译工具arm-elf-gcc 编译Boa 源程序, 通过执行:
. / configure -target = arm-elf -host = i686-pc-linux-gnu -build = arm-elf
Make
便可生成elf 格式的可执行文件boa.
通过arm-elf-strip -g boa 指令去除附带的编译信息, 以减少所占用的空间. uClinux 系统采用的romfs 文件系统相对于一般的ext2 文件系统需要的空间较少, 因此需要采用elf2flt 工具将生成的boa 的可执行文件由elf 格式转换成flat 格式, 并将其添加到romdisk 中.
3.3 配置Web 服务器Boa
为了能够在ARM上运行Web 服务器Boa, 需要对其运行环境、参数等进行设置, 并将终的配置文件Boa.conf 置于适当位置. 通过修改配置文件Boa.conf 可实现对Web 服务器的配置, 部分配置为: 侦听端口使用80 端口, 访问日志AccessLog 存放于/var/log/boa/access_log, 错误日志ErrorLog 位于/var/log/boa/error_log, 文件的根目录DocumentRoot 设在/home/httpd/, KeepAliveMax 的值修改为50,KeepAliveTimeout 的值修改为10, 设置CGIPath 为/cgi-bin/ 等; 在Boa.conf 的加上ServerNameEmServer, 即将EmServer 作为服务器名称, 当然也可用其他名称作为服务器名; 将修改好的配置文件Boa.conf 存放于嵌入式系统根文件/etc/boa 目录下. 通过镜像制作工具执行命令genromfs-fromfs.img -d romdisk 生成romdisk 的镜像文件romfs.img, 将romfs.img 通过bootloader 到flash 存储器.
3.4 测试Boa 的运行
为了确保Boa 的正常运行, 利用简单的测试程序测试Boa 的运行情况. 在目录/home/httpd/ 下建立index.html 文档, 其内容为:
<HTML>
<BODY>
This is boa
< / BODY>
< / HTML>
通过IE 浏览器连接到运行Boa 的嵌入式系统https://192.168.0.26/ , 若页面显示This is boa, 说明Boa可以正常获取页面.
在/cgi-bin/ 路径下建立test 文件, 其内容为:
#!/bin/sh
echo Content- type: text/html
echo
echo <html><body><pre>
echo This is cgi test
echo < / body>< / html>
在IE 浏览器输入地址http: //192.168.0.26/cgi-bin/ test, 若页面显示This is cgi test, 说明服务器可以正常执行CGI 程序.
4 Boa 在网络监控系统中的应用
将Boa 移植到运行uClinux 操作系统的ARM 处理器上, 建立嵌入式Web 服务器, 为用户提供基于HTTP 协议的网络接入方式, 这样的设计方案可以很好地运用到网络监控系统中. 由于Boa 只支持基于CGI 的动态网页, 因此需要编写适当的CGI 程序来实现对视频数据的发送和对控制指令的处理. Web 服务器通过调用CGI 程序实现网络视频监控, 同时向监控现场发送各种指令. 作者根据监控领域的实际需求, 按上述方案设计了一个网络视频监控系统, 该系统可以实现多路视频数据接入, 8 个方向的云台控制等功能.目前系统已经在楼宇监控中获得应用, 性能良好, 实时性强, 其监控界面如图2 所示.
图2 网络视频监控界面
5 结束语
Web 服务器是各种网络应用系统的有机组成部分, 直接影响网络应用系统的运行质量与效率. Boa 本身是为嵌入式系统所设计, 它特有的连接处理方式以及直接调用操作系统的文件读取方式, 大大提高了系统的性能. 它与Linux 系统上的Web 服务器Aparch 相比占用系统资源少, 连接处理速度快. 在网络监控系统中使用这种嵌入式Web 服务器, 可以节省系统资源, 提高系统运行效率, 充分发挥了网络的优势.
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