浅析HTTP与嵌入式系统2

浅析HTTP与嵌入式系统彭亚指导教师：薄瑜(河北科技师范学院信息技术系信息管理与信息系统专业0801班)摘要：HTTP是超文本转移协议，是客户端浏览器或其他程序与Web服务器之间的应用层通信协议。在Internet上的Web服务器上存放的都是超文本信息，客户机需要通过HTTP协议传输所要访问的超文本信息。HTTP包含命令和传输信息，不仅可用于Web访问，也可以用于其他因特网/内联网应用系统之间的通信，从而实现各类应用资源超媒体访问的集成。该文首先对嵌入式系统从整体上进行了简要分析，说明了嵌入式系统不同于通用型计算机系统的特点和嵌入式系统应用的广泛性，以及它将对各个领域产生的巨大影响.同时指出嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来.随后中重点讨论了HTTP当前的应用及其优势。从协议的角度出发详细论述了HTTP协议，描述了HTTP协议的工作过程。关键词：嵌入式系统;超文本传输协议；Web服务器；应用研究1嵌入式系统应用前景［1］嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其中领域可以包括：工业控制［2］:基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床⑶、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统4］。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。信息家电⑸：这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化6］、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。家庭智能管理系统［刀：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。POS网络及电子商务［8］:公共交通无接触智能卡(ContactlessSmartcard,CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。环境工程［9］与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。机器人：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人［1。］的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制UH器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。2嵌入式系统及其发展历史12］2.1嵌入式系统概述嵌入式系统是控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置。嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。2.2嵌入式系统历史发展虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史，大概经历了几个阶段。作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机［13］的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”U4］概念。提示：最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年。Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工回串行口、两个16位定时器。之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统［16］是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。2.3嵌入式系统的特点［17］专用性强。由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的，所以嵌入式系统的硬件和软件［18］，尤其是软件，都是为特定用户群来设计的，它通常都具有某种专用性的特点。实时性好。目前，嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合，主要用来对宿主对象进行控制，所以都对嵌入式系统有或多或少的实时性。例如，对嵌入在武器装各中的嵌入式系统、在火箭中的嵌入式系统、一些工业控制装置中的控制系统等应用中的实时性要求就极高。也正因为这种要求，在硬件［19］上嵌人式系统极少使用存取速度慢的磁盘等存储器，在软件上更是加以精心设计，从而可使嵌入式系统快速地响应外部事件。当然，随着嵌入式系统应用的扩展，有些系统对实时性要求也并不是很高，例如近年来发展速度比较快的手持式计算机、掌上电脑等。但总体来说，实时性是对嵌入式系统的普遍要求，是设计者和用户重点考虑的一个重要指标。可裁剪性好。从嵌人式系统专用性的特点来看，作为嵌入式系统的供应者，理应提供各式各样的硬件和软件以各选用。但是，这样做势必会提高产品的成本。为了既不提高成本，又满足专用性的需要，嵌入式系统的供应者必须采取相应措施使产品在通用和专用之间进行某种平衡。目前的做法是，把嵌人式系统硬件和操作系统设计成可裁剪的，以便使嵌入式系统开发入员根据实际应用需要来量体裁衣，去除冗余，从而使系统在满足应用要求的前提下达到最精简的配置。可靠性高。由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及产品质量、人身设各安全、国家机密等重大事务，加之有些嵌入式系统的宿主对象要工作在无人值守的场合，例如危险性高的工业环境中、内嵌有嵌入式系统的仪器仪表［2。］中、在人际罕至的气象检测系统中以及为侦察敌方行动的小型智能装置［21］中等。所以与普通系统相比较，对嵌入式系统可靠性的要求极高。功耗低。有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小型应用系统，例如移动电话、PDA】22〕、MP3、飞机、舰船、数码相机等，这些设各不可能配各容量较大的电源，因此低功耗一直是嵌入式系统最求的目标。当然也是为了降低系统的功耗，嵌入式系统中的软件一般不存储于磁盘等载体中，而都固化在存储器芯片或单片系统的存储器之中。3HTTP协议在嵌入式系统中的应用3.1HTTP协议&］概述HTTP是一个客户端和服务器端请求和应答的标准（TCP】24〕）。客户端是终端用户，服务器端是网站。通过使用Web】25］浏览器、网络爬虫或者其它的工具，客户端发起一个到服务器上指定端口（默认端口为8。）的HTTP请求。（我们称这个客户端）叫用户代理（useragent）。应答的服务器上存储着（一些）资源，比如HTMLR6］文件和图像。（我们称）这个应答服务器为源服务器（originserver）。在用户代理和源服务器中间可能存在多个中间层。比如代理，网关，或者隧道（unnels）。尽管TCP/IP协议是互联网上最流行的应用，HTTP协议并没有规定必须使用它和（基于）它支持的层。事实上，HTTP可以在任何其他互联网协议上，或者在其他网络上实现。HTTP只假定（其下层协议提供）可靠的传输，任何能够提供这种保证的协议都可以被其使用。HTTP（超文本传输协议）协议是用来构建分布式、协同超媒体信息系统的应用层协议，它是一个通用的、无状态的协议。除了用于超文本协议传输之外，HTTP协议还可以通过扩展请求方法、错误代码以及报文头等用于诸如名服务、分布对象管理系统。HTTP协议最初用于World-WideWeb是1990年。HTTP协议时目前互联网上最流行的协议，它提供了一种新型的信息组织方式将信息以超链接的方式组织起来，便于人们阅读，从而改变了人们获取信息的方式，并极大的促进了Internet的发展。HTTP是在Web服务器和Web浏览器之间通信的协议，用来交互具有MIME】27］格式的请求和响应报文。由于它规定了发送和处理请求的标准方式，规定了浏览器和服务器之间传输的报文格式及各种控制信息，允许不同类型的客户端相互通信而不存在兼容性问题。从而定义了所有Web通信的基本框架。从功能上来讲,Web浏览器和Web服务器［28］进行通信。Web服务器在接收到用户端的请求后，处理用户端请求并返回需要的数据。这些数据通常以格式固定、含有文本和图片的页面出现在用户浏览器。浏览器处理数据并提供给用户。大部分HTTP通信过程是由用户代理（如Web浏览器）发送指向某个源服务器上资源请求而引起的，在最简单的情况下，这个过程可以通过用户代理（UA）和源服务器（0）之间建立一个链接（V）来完成，如图2.1所示：图2.1当在请求和响应链接之间需要一个或多个中介是的情况要稍微复杂一些，一般会用到三种通用的中介：代理服务器、网关和隧道。代理服务器是一个转送代理，它接受具有绝对URL的请求，重写该请求的全部或部分，然后把它专送到URL指定的服务器。网关是一个接受代理，作为其他服务器之上的一层在必要时把请求转换为下层服务器的协议。隧道作为一种不改变报文格式而能在两个链接之间传递信息的中介点，用来使用信息穿越某种中间介质，即使该中间介质不能理解报文的内容。这时候通信过程如图2.2所示：图2.2图2.2显示出了在用户代理和原服务器之间三个中介（A,B和C），这样一个请求/响应报文穿过整个链接就需要分别通过四个不同的链接。尽管图2所示是线性的，实际上每个参与者都参加到了多个同时法发生的通信过程中，例如，B正在接收来自A的许多其它客户端的请求，在处理这些请求的同时又向C和其它的一些请求。3.2HTTP协议应用优势HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议，由于其简捷、快速的方式，适用于分布式超媒体信息系统。它于1990年提出，经过几年的使用与发展，得到不断地完善和扩展。支持客户/服务器模式。简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD[29]POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。3.3HTTP协议在嵌入式系统中的应用从上面的分析可知Web技术已深入人心，在通用环境下的Web应用已非常普遍，用户已经习惯于通过浏览器提供的好友界面来获取自己想要的信息以及进行在线的查询和更新数据，而目前嵌入式系统还主要应用于仪器仪表、工业控制领域，多数没有操作系统支持，只能完成特定的简单功能。大多数只是在局域网[3。环境下运行，还没有连接入互联网。而随着Internet技术的发展，网络化、信息化必然涉及一切领域。最初对Web技术（HTTP服务器和HTTP浏览器）的应用主要集中在为产品的配置管理提供易于构造并且使用方便的接口。第一个使用这种技术的产品是Tektronix550phaser激光彩色打印机，该产品可以让用户通过浏览器来进行产品的配置操作。然而现在，嵌入式Web服务器、CGI接口以及HTML值得人们重视，因为它们可以支持设备的远程数据交换并能提供远程的客户支持，包括基于Web的远程诊断。嵌入式Web技术具有良好的用户界面、统一的客户端软件、方便的元成交护能力而成为嵌入式系统网络化、信息化的重要途径。参考文献马义德，刘映杰,张新国.嵌入式系统的现状及发展前景.信息技术,2001,12:57-59郭其一，邹洁，赵艳华.工业嵌入式操作系统综述.机车电传动,2003,1:13-14廖效果.数字控制机床.华中科技大学出版社,2003,7:66-67解怀仁，杨彬彦.石油化工仪表控制系统选用手册,2004,4:101-103探矽工作室.嵌入式系统开发圣经（第二版）.中国铁道出版社,2003,5:202-204谢希仁.计算机网络（第五版）.工业出版社,2003,6:76-78程大章.智能住宅小区工程建设与管理.同济大学出版社,2003,3:89-90廖益新.适用于电子商务环境的常设机构j.厦门大学学报哲学社会科学版,2003,4:13-20朱蓓丽.环境工程概论.科学出版社,.2005,8:234-235陈恳.机器人技术与应.清华大学出版社,2006,9:43-50王达.计算机网络远程控制.清华大学出版社,2003,6:78-80李丽娜，邵敏权,马庆峰.浅谈嵌入式系统的现状及发展.长春工业大学学报（自然科学版）,2004,25:74-75肖红兵.跟我学用单片机.北京航空航天大学出版社,2010,8:95-97/CraigZACKER，王建华等译.现代网络技术.机械工业出版社,2002,6:20-23孟庆昌.操作系统（高校专业教材）,2004,5:74-77.符意德.嵌入式系统设计原理及应用.清华大学出版社,2004,11:.50-54帕特森.计算机组成和设计硬件/软件接口（第2版）清华大学出版社,2003,12:12-13冯博琴，陈文革.硬件技术基础.人民邮电,2003,8:84-85杨邦文.新型仪器仪表使用手册.电子工业出版社,2007,1:145-146郎文博，赵维琴.智能自动化仪表及装置.上海大学出版社,1999,11:54-55时间创作室编著.掌上型电脑大盘点全面解读PDA.清华大学出版社,2002,6:145-146（美）史蒂文斯.TCP/IP详解卷3:TCP事务协议,HTTP,NNTP和UNIX域协议,2005,12:267-268（美）潘沃.TCP/IP基础教程基于实验的方法.人民邮电出版社,2006,12:23-26刘兵.Web程序设计.清华大学出版社,2007,1:74-77黄斯伟.HTML完全使用详解.人民邮电出版社,2006,1:175-177国家技术监督局.基于多用途互联网邮件扩展(MIME)的安全报文交换(GB/Z19717-2005).中国标准出版社，2005,7:16-18王达.网管员必读--服务器与数据存储.电子工业出版社,2005,9:213-215贝茨.HeadFirstJava-(第二版).中国电力,2007,2:47-49王祥仲，郑少京.局域网组建与维护实用教程.清华大学出版社,2007,1:167-168PRELIMINARYANALYSISANDEMBEDDEDSYSTEMSPENGYaSupervisor:BOYU(HebeiNormalUniversityofScience&Technology,Dept.ofInformationTechnology,0801)Abstract:hypertexttransferprotocolisHTTP,theclientbrowserorotherprogramandtheapplicationlayerbetweentheWebservercommunicationprotocol.IntheInternetontheWebserverisstoredinformation,clientneedshypertexttransferthroughHTTPprotocoltovisitthehypertextinformation.HTTPcontainsinformationtransmissionandcommand,notonlycanbeusedinWebac