嵌入式Web服務器技術及其在電力系統中的應用綜述

1 引言
隨著現代通信技術的發(fā)展，網絡技術特別是基于TCP/IP通信協議的Web技術得到了廣泛的應用和普及。在TCP/IP協議基礎上建立的HTTP超文本傳輸協議、FTP文件傳輸協議、Telnet遠程登陸協議以及SMTP郵件協議等協議族構成了Web技術的核心。更重要的是這些協議是開放、標準和獨立于系統平臺的，利用現有的網絡硬件基礎，就可以很方便地建立基于TCP/IP網絡協議的Internet/Intranet網絡系統。Web技術允許任意地點的用戶通過Web瀏覽器接入網絡，訪問Web服務器發(fā)布的各類信息，實現世界范圍內的互聯[1]。Web瀏覽器使用的是基于 HTTP超文本協議的HTML超文本模式語言，其標準化的界面表達獨立于客戶端軟硬件平臺，極大地節(jié)省了客戶端人機界面維護工作和使用人員的培訓費用。在傳統的Web應用中，Web服務器往往與數據庫系統或者文件系統并存在一臺高性能的計算機系統中，數據庫服務器是Web服務器的信息來源，Web服務器則是系統的信息發(fā)布中心，它接收來自瀏覽器的請求，并根據請求生成新的頁面發(fā)送給Web瀏覽器，完成信息在網絡范圍內的傳輸。Web服務器檢索的信息來自數據庫系統，實時性要求不高，可以滿足常規(guī)的查詢和檢索系統的要求。
為了提高生產效率和管理水平，遠程監(jiān)控和生產過程控制等系統很適合應用Web技術，從瀏覽器上直接監(jiān)控現場設備的運行。但作為實時性要求較高的面向任務的系統，必須解決基于Web應用的實時性問題、系統結構問題和安全性等問題。而嵌入式Web服務器技術作為結合了Web技術和現場工作要求特點的一項新技術，是一種很好的解決方案。
本文分析和介紹了嵌入式Web服務器技術，并探討了其在電力系統中的應用實例和應用前景。
2 嵌入式Web服務器技術
2.1 概述
嵌入式Web服務器（Embedded Web Server, EWS）是指將Web服務器引入到現場測試和控制設備中，在相應的硬件平臺和軟件系統的支持下，使傳統的測試和控制設備轉變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通信協議，Web技術為核心的基于互聯網的網絡測試和控制設備[2,3]。EWS系統與傳統的Web應用相比，簡化了系統結構，將信息采集和信息發(fā)布都集成到現場的測控設備中。由于有了標準的接口形式和通信協議，內嵌于設備的Web服務器可以向任何接入它所在網絡的合法用戶提供統一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面，瀏覽器成了設備的前端控制板[4]。由于Web技術的開放性和獨立平臺特性，大大降低了軟件系統和通信系統的設計、維護工作量，節(jié)省了人員培訓費用等，提高了現場測試和控制設備的管理水平。
2.2 EWS的硬件結構
EWS的硬件系統是包含了Web通信功能的微型處理器或者微型控制器系統[3]，它可以和前端的應用系統直接集成在一起，也可以通過現場總線與應用系統相連。其硬件結構圖如圖1所示。

一個完整的EWS硬件系統必須具備FLASH ROM存儲器用來存儲實時操作系統的系統內核、TCP/IP協議棧、各種Web文檔；DRAM存儲器供系統運行時使用；以太網接口實現與Internet /Intranet連接；前端應用系統的硬件完成傳統意義上的應用功能；而微型處理器負責全體的運行和管理。
考慮到性價比，EWS的硬件結構不能很復雜，硬件資源也很有限，FLASH ROM的空間一般為2~4M，DRAM的存儲空間一般為8~16M。而實時操作系統的系統內核、TCP/IP協議棧、各種Web文檔都必須寫入到ROM中和運行時調入到DRAM中運行，這樣對EWS的軟件系統提出了較高的要求。
2.3 EWS的軟件系統
EWS的軟件系統包括五個部分[5]：①HTTP引擎；②虛擬文件系統；③配置模塊；④安全模塊；⑤應用程序接口模塊。其組成如圖2所示。

其中HTTP引擎負責響應用戶的請求、通過虛擬文件系統訪問靜態(tài)數據信息、通過應用程序接口得到動態(tài)數據信息。
虛擬文件系統為EWS提供虛擬文件服務，虛擬文件系統使用數據結構存儲文件大小、修改時間等信息。對于存儲HTML文件需要的動態(tài)信息建立數據結構保存腳本的指針和腳本所調用函數的名稱。通過虛擬文件系統將Java, GIF, PDF, HTML以及文本等文件形式編譯為Web服務器認可的代碼，而獨立于具體的文件系統。
配置模塊使系統管理員可以從任何一臺標準的Web瀏覽器上設置EWS參數，在系統啟動中定義的配置環(huán)境變量包括并發(fā)連接數、Socket端口、主機名稱、根文件路徑、缺省初始文件以及非活動超時和時區(qū)等。
配置模塊對標準瀏覽器的開放使得安全問題更加重要，尤其是對網絡設備的配置和控制信息的訪問成為安全保護的重點。安全模塊通過在服務器上定義安全域和對每個安全域定義的用戶名/密碼實現對敏感信息的保護。還可以對請求數據采取加密措施實現安全保護功能。
應用程序接口模塊實現和嵌入式應用系統的數據交換，在EWS中，應用程序接口與嵌入式操作系統通信，實現對嵌入系統的配置、監(jiān)視和控制，是EWS軟件系統的核心。而應用程序接口模塊常見的有CGI（Common Gateway Interface）、SSI(Server Side Include)和HCPA（HTML-to-C Preprocessor Approach）等3種形式。