嵌入式linux系統cgi程序設計技術

來源：單片機及嵌入式系統應用 作者：廣東工業大學 鄭 偉 徐榮華 王欽若
摘要：在詳細介紹一種嵌入式web服務器boa的實現與配置方法的基礎上，以一個web在線遠程監控gpio（通用輸入/輸出）的程序為實例，介紹嵌入式linux系統下cpu程序設計技術。

    關鍵詞：嵌入式系統linux boa cgi gpio

1 概述

隨著互聯網應用的普及，越來越多的信息化產品需要接入互聯網通過web頁面進行遠程訪問。嵌入式web系統提供了一種經濟、實用的互聯網嵌入式接入方案。這里結合一種嵌入式web server boa來介紹嵌入式linux系統下的cgi程序設計技術。

2 web server boa的實現與配置

2.1 uclinux下，主要有三個web server:httpd、thttpd和boa。httpd是zui簡單的一個web server,它的功能zui弱，不支持認證，不支持cgi。thttpd和boa都支持認證、cgi等，功能都比較全。boa是一個單任務的小型http服務器，源代碼開放、性能，特別適合應用在嵌入式系統中。目前的uclinux的代碼中已經包含boa的源代碼。在uclinux下實現boa，只需要對boa做一些配置和修改。以下是配置的過程。

（1）編譯boa到內核

首先，需要把boa編譯到內核，即執行make menuconfig，在應用程序選單中network application項下面選擇boa。該操作需要重新編譯內核。

（2）編制配置文件boa.conf

在linux操作系統下，應用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，一般都是放在目標板/etc/目錄下或者/etc/config目錄下。但boa的配置文件boa.cont一般都旋轉在目標板/home/httpd/目錄下。

例如，一個典型的boa.conf文件格式如下：

servername samsung-arm

documentroot/home/httpd

sc-riptalias/cgi-bin/home/httpd/cgi-bin/

sc-riptalias/index.html/home/httpd/index.html

它了html頁面必須放到/home/httpd目錄下，cgi外部擴展程序必須放到/home/httpd/cgi-bin目錄下。

（3）編譯燒寫內核

重新編譯內核后，通過燒寫工具燒寫內核，就可以在pc上通過ie瀏覽器訪問開發板上的web server。例如，輸入開發板的ip地址http://192.168.0.101，即可訪問到自己做的網頁index.html了。并且，通過編寫cgi外部擴展程序，可以實現動態web技術，下面將詳細介紹。

2．2 具有mmu平臺的linux下b0a的實現與配置

對于有mmu（內存管理單元）的平臺，如armlinux和ppclinux，可以到網上下載一個主流版本的boa發行包。因為是運行在目標系統，所以要用交叉編譯工具編譯，即需要修改boa/src/makefile里面的編譯器。例如：

cc=/linuxppc/cdk/bin/powerpc-linux-gcc

cpp=/linuxppc/cdk/bin/powerpc-linux-g++

然后直接在boa/src目錄下執行make，即可生成boa可執行文件；將其編譯入內核，并燒寫到存儲設備，就可以實現訪問boa服務器。

3 cgi程序設計技術

cgi（common gateway interface）是外部應用擴展應用程序與www服務器交互的一個標準接口。按照cgi標準編寫的外部擴展應用程序可以處理客戶端瀏覽器輸入的數據，從而完成客戶端與服務器的交互操作。而cgi規范就定義了web服務器如何向擴展應用程序發送消息，在收到擴展應用程序的信息后又如何進行處理等內容。通過cgi可以提供許多靜態的html網頁無法實現的功能，比如搜索引擎、基于web的數據庫訪問等等。

3．1 工作原理

（1）www和cgi的工作原理

http協議是www的基礎，它基于客戶/服務器模型，一個服務器可以為分布在網絡中處的客戶提供服務；它是建立在tcp/ip協議之上的“無連接”協議，每次連接只處理一個請求。在服務器上，運行產著一個守護進程對端口進行監聽，等待來自客戶的請求。當一個請求到來時，將創建一個子進程為用戶的連接服務。根據請求的不同，服務器返回html文件或者通過cgi調用外部應用程序，返回處理結果。服務器通過cgi與外部程序和腳本之間進行交互，根據客戶端在進行請求時所采取的方法，服務器會收集客戶所提供的信息，并將該部分信息發送給的cgi擴展程序。cgi擴展程序進行信息處理并將結果返回服務器，然后服務器對信息進行分析，并將結果發送回客戶端。

外部cgi程序與www服務器進行通信、傳遞有關參數和處理結果是通過環境變量、命令行參數和標準輸入來進行的。服務器提供了客戶端（瀏覽器）與cgi擴展程序之間的信息交換的通道。cgi的標準輸入是服務器的標準輸出，而cgi的標準輸出是服務器的標準輸入。客戶的請求通過服務器的標準輸出傳送給cgi的標準輸入，cgi對信息進行處理后，將結果發送到它的標準輸入，然后由服務器將處理結果發送給客戶端。

（2）url編碼

客戶端瀏覽器向服務器發送數據采用編碼的形式進行。該編碼就是crl編碼。編碼的主要工作是表單域的名字和值的轉義，具體的做法為：每一對域和值里的空格都會被替換為一個加號（+）字符，不是字母或數字的字符將被替換為它們的十六進制數字形式，格式為%hh。hh是該字符的ascii十六進制值。
標簽將被替換為“%0d%0a”。

信息是按它們在表單里出現的順序排列的。數據域的名字和數據域的值通過等號（=）字符連在一起。各對名/值再通過“&”字符連接在一起。經過這些編碼處理之后，表單信號就整個成為一個連續的字符流，里面包含著將被送往服務器的全部信息。

因為表單輸入信息都是經過編碼后傳遞給腳本程序的，所以cgi擴展程序在使用這些參數之前必須對它們進行解碼。

3．2 cgi外部擴展程序編制

服務器程序可以通過三種途徑接收信息：環境變量、命令行和標準輸入。具體使用哪一種方法要由

標簽的method屬性來決定。

在“method=get”時，向cgi程序傳遞表單編碼信息的正常做法是通過命令來進行的。大多數表單編碼信息都是通過query_string的環境變量來傳遞的。如果“method=post”，表單信息將通過標準輸入來讀取。還有一種不使用表單就可以向cgi傳送信息的方法，那就是把信息直接追回在url地址后面，信息和url之間用問號（？）來分隔。

下面結合web遠程監控arm芯片的gpio（通用輸入/輸出）的應用實例詳細介紹。

（1）get方法

get方法是對數據的一個請求，被用于獲得靜態文檔。當使用get方法時，cgi程序將會從環境變量query_string獲取數據。為了處理客戶端的請求，cgi必須對query_string中的字符串進行分析。當需要從服務器獲取數據并且不改變服務器上的數據時，應該選用get方法；但是如果請求中包含的字符串超過了一定長度，一般是1024字節，那么就只能選用post方法。get方法通過附加在url后面的參數發送請求信息。這些參數將被放在環境變量query_string中傳給cgi程序。get方法的表單格式和cgi解碼程序可以參考post方法的實現。

（2）post方法

當瀏覽器將數據從一個填寫的表單傳給服務器時一般采用post方法，而且在發送的數據超過1024字節時也必須采用post方法。當使用post方法時，web服務器向cgi程序的標準輸入stdin傳送數據。發送的數據長度存在環境變量content_length中，并且，post方法的數據格式為：

variable1=value1&variable2=value2&etc

cgi程序必須檢查request_method環境變量以確定是否采用了post方法，并決定是否要讀取stdin。post方法在html文檔中定義的表單如下：

 

operate p0
 

operate p1
 

operate p2
 

name="cancel"type=reset value="reset">

它調用的服務器腳本程序是/cgi/bin/cgi_gpio.cgi。cgi擴展程序中form表單的解碼可參考如下程序：

/＊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"）;//獲取傳送給程序數據的字節數

if（!postinput）

exit（）;

if（!content_length=atoi（postinput））） //獲取信息長度

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]=""; //對加易進行處理

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

paircount=0;

nvpair=strtok（postinput,"&"）;//從出現“&”字符的位置把信息分段，然后對結果依次處理

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

if（eqpos=strchr（pairlist[i],"="））{

＊eqpos="0";

unescape_url（postvars[i＊2+1]=strdup（eqpos+1））;//調用unescape_url函數繼續解碼

}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函數再調用x2c函數，把（不是字節或數字的）特殊字符從其%hh表示方式解碼為文本字符。

/＊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加參數傳遞方法

這是一種不使用表單就可以向cgi傳送信息的方法。它把信息直接追加在url地址后面，信息和url之間用號號（？）來分隔。例如，對于一個cgi_gpio.cgi的腳本，可以從如下的鏈接啟動：

/＊cgi-bin/cgi_gpio.cgi?flag=1 operate p1

 

.

.

.

cgi擴展程序中可使用如下代碼接收信息：char ＊get_input;//用于接收環境變量