基于嵌入式系統(tǒng)的Web服務(wù)器建立設(shè)計(jì)

只要在嵌入式設(shè)備中集成了Web服務(wù)器，就能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與嵌入式設(shè)備低成本、高通用性的信息交流，即客戶(hù)端利用HTTP瀏覽器，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)與嵌入式設(shè)備的信息交互?？梢哉f(shuō)，嵌入式Web的應(yīng)用極大地促進(jìn)嵌入式設(shè)備，特別是家電設(shè)備、通信終端、儀器儀表的信息交互和遠(yuǎn)程控制功能。

在三網(wǎng)融合的大背景下，通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)即電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、因特網(wǎng)與家庭內(nèi)部電話(huà)、電視、電腦以及家庭電器設(shè)備的通訊，是當(dāng)前家居智能化、現(xiàn)代化的重要發(fā)展趨勢(shì)。本文的主要內(nèi)容是研究基于家庭網(wǎng)關(guān)的嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單實(shí)用的Web服務(wù)器功能，為外部網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)方便快捷地訪(fǎng)問(wèn)和控制家庭內(nèi)部資源的平臺(tái)。由于Android操作系統(tǒng)能方便地將各種應(yīng)用程序嵌入網(wǎng)絡(luò)，以及開(kāi)放性好、支持硬件豐富的特點(diǎn)，本文選擇Android操作系統(tǒng)作為家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)來(lái)建立Web服務(wù)器。

1 Android系統(tǒng)介紹

Android移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)是基于Linux內(nèi)核再度開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)源的操作系統(tǒng)和軟件平臺(tái)，最早期由Google公司進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)的。后來(lái)Goog le為了推廣此技術(shù)，它和中國(guó)移動(dòng)、HTC、三星、摩托羅拉等幾十家手機(jī)通信運(yùn)營(yíng)商和制造商，建立了開(kāi)放手機(jī)聯(lián)盟，共同開(kāi)發(fā)Android移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)。

Android采用了軟件堆層的架構(gòu)，主要分為三部分：其最底層是基于Linux內(nèi)核進(jìn)行再度開(kāi)發(fā)的，Linux內(nèi)核只提供最為基礎(chǔ)的功能；中間層包括由C++開(kāi)發(fā)的虛擬機(jī)Virtual Machine（VM）和函數(shù)庫(kù)Library；最上層是各種應(yīng)用軟件，包括通話(huà)程序、短信程序等。應(yīng)用軟件則由各公司自行開(kāi)發(fā)，以Java編寫(xiě)。每個(gè)Android應(yīng)用程序都在VM的一個(gè)實(shí)例中運(yùn)行，這個(gè)實(shí)例駐留在一個(gè)由Linux內(nèi)核管理的進(jìn)程中。

本文實(shí)現(xiàn)的Web應(yīng)用雖然基于A(yíng)ndroid操作系統(tǒng)，但并不像通常的Android APP那樣，需要一個(gè)AndroidManifest．xml文件包含必要的配置信息，且需要一個(gè)Activity類(lèi)來(lái)提供UI。因?yàn)槭荳eb服務(wù)不需要用戶(hù)圖形界面，只要用到Android提供的接口而已，即android．jar，這是一個(gè)Java歸檔文件，其中包含構(gòu)建應(yīng)用程序所需的所有的Android SDK類(lèi)。而且，由于A(yíng)ndroid VM的原因，不能直接使用．class文件，需要轉(zhuǎn)換為．dex文件，這些內(nèi)容將在下文詳細(xì)介紹。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在嵌入式系統(tǒng)中，主控制芯片的選擇對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)性能和良好運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響，在選擇主控芯片的過(guò)程中，需綜合考慮芯片自身的性能、兼容性、價(jià)格以及后續(xù)的升級(jí)等因素。綜合考慮以上因素，本文設(shè)計(jì)的家庭網(wǎng)關(guān)采用了Cortex—A8處理器作為硬件平臺(tái)。因?yàn)镃or tex—A8支持大型的操作系統(tǒng)，高頻率、高級(jí)存儲(chǔ)管理及豐富的外設(shè)接口，為Android系統(tǒng)的運(yùn)行提供了良好的硬件基礎(chǔ)。

一個(gè)Web服務(wù)器也被稱(chēng)為HTTP服務(wù)器，它通過(guò)HTTP協(xié)議與客戶(hù)端通信。這個(gè)客戶(hù)端通常指的是Web瀏覽器。Web服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)瀏覽器的服務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)用戶(hù)請(qǐng)求的類(lèi)型提供相應(yīng)的服務(wù)；Web服務(wù)器在接收到用戶(hù)端的請(qǐng)求后，處理用戶(hù)請(qǐng)求并返回需要的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常以格式固定、含有文本和圖片的頁(yè)面出現(xiàn)在用戶(hù)端瀏覽器。本文Web服務(wù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。

目前常用的嵌入式Web服務(wù)器主要有boa、thttpd、mini_httpd、shttpd和lighttpd等，但它們都不能直接應(yīng)用于A(yíng)ndroid系統(tǒng)上。本文選用代碼精煉、擴(kuò)展性強(qiáng)的開(kāi)源i-jettyWeb服務(wù)器，它可直接運(yùn)行在A(yíng)ndroid系統(tǒng)上，為Servlet提供運(yùn)行環(huán)境鈍能。

Servlet是一種獨(dú)立于平臺(tái)和協(xié)議的Web服務(wù)器端的Java應(yīng)用程序，可以生成動(dòng)態(tài)的Web頁(yè)面。與傳統(tǒng)的從命令行啟動(dòng)的Java應(yīng)用程序不同，Servlet由Web服務(wù)器進(jìn)行加載。

一個(gè)Web服務(wù)器系統(tǒng)是離不開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。SQLite是一款輕型的數(shù)據(jù)庫(kù)，是遵守ACID的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它是針對(duì)嵌入式產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的，它占用資源非常的低，在嵌入式設(shè)備中，可能只需要幾百K的內(nèi)存就夠了。Android平臺(tái)集成了SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供了操作的API。所以，只要在Servlet中引入開(kāi)發(fā)Android程序提供的API，就能實(shí)現(xiàn)用Servlet操作SQLite。

本文下面主要介紹i—ierry web嵌入式服務(wù)器的搭建，以及如何實(shí)現(xiàn)Servlet對(duì)SQIrite數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。

2．1 i-jetty Web服務(wù)器及其安裝

i—jetty是一個(gè)將開(kāi)源Web容器Jetty移植到GoogleAndroid手機(jī)平臺(tái)的開(kāi)源項(xiàng)目，可以使嵌入式設(shè)備上運(yùn)行Web應(yīng)用。Jetty是一個(gè)100％由Java實(shí)現(xiàn)的、開(kāi)源的HTYP服務(wù)器和javax．servlet容器，它不僅僅作為一個(gè)獨(dú)立服務(wù)軟件（如Tomcat）被使用，而且其優(yōu)良的組件（Compone t）設(shè)計(jì)、高內(nèi)聚低耦合、高擴(kuò)展性等特性使得Jetty非常易于作為嵌入式工具使用?？傊琂etty具有的優(yōu)點(diǎn)包括：

1）配置使用簡(jiǎn)單；

2）設(shè)計(jì)模塊化，代碼簡(jiǎn)練易懂；

3）Tomcat的應(yīng)用移植到Jetty基本不用修改；

4）非常適合嵌入式產(chǎn)品，可擴(kuò)展性好；

i—jetty是使用Java語(yǔ)言編寫(xiě)的，它的API以一組JAR包的形式發(fā)布。開(kāi)發(fā)人員可以j將Jetty容器實(shí)例化成一個(gè)對(duì)象，可以迅速為一些獨(dú)立運(yùn)行（stand—alone）的Java應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)和web連接。使用簡(jiǎn)單、配置簡(jiǎn)單，體積很小，但它的功能齊全，并且還是一個(gè)Servlet容器，這就讓動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)和后臺(tái)操作（例如數(shù)據(jù)庫(kù)操作）成為可能。同時(shí)，i—jetty可以使用Android的接口，這就降低了開(kāi)發(fā)的難度和復(fù)雜度。i—jetty與其他主流的服務(wù)器一樣，只要將已經(jīng)做好的Web項(xiàng)目發(fā)布到服務(wù)器的Webapps目錄下，就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站的正常運(yùn)行，十分的方便。

下面介紹i—jetty服務(wù)器的安裝：

首先，在eclipse里創(chuàng)建i—jetty的android項(xiàng)目，將下載的i—jetty源碼覆蓋進(jìn)去。然后，將下面目錄下的jar引入到i—jetty項(xiàng)目中：C：＼Documents and Settings＼org＼eclipse＼jetty，還需要servlet-api-2．5．jar。最后，編譯i-jetty，并將其安裝到設(shè)備中。此后，即可對(duì)服務(wù)器進(jìn)行各種配置。若想要使用自己的Web應(yīng)用，則可以將自己的Web工程打包成war包，并將war包直接放到／sdeard／jetty ／webapps／目錄下。

2．2 Servlet和SQLite的設(shè)計(jì)與使用

Servlet是位于服務(wù)器端的Java應(yīng)用程序，它由Web服務(wù)器進(jìn)行加載。Servlet的主要功能在于交互式地瀏覽和修改數(shù)據(jù)，生成動(dòng)態(tài)Web內(nèi)容。Servlet可以用來(lái)擴(kuò)充Java—enabled Server的基本功能，目前最常使用的是增加Web服務(wù)器的互動(dòng)性。但它可以被用來(lái)擴(kuò)充任何種類(lèi)的服務(wù)器，如FTP服務(wù)器。

最早用來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)的方法是CGI（Common Gateway Interface）。它的做法是透過(guò)Web服務(wù)器將客戶(hù)端的請(qǐng)求送給一個(gè)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程再將請(qǐng)求的執(zhí)行結(jié)果傳回客戶(hù)端，只要是一個(gè)新的請(qǐng)求，不管它是否和先前的請(qǐng)求相同，CGI都產(chǎn)生一個(gè)新的進(jìn)程來(lái)處理，這樣非常耗費(fèi)系統(tǒng)資源。在Servlet中每一個(gè)請(qǐng)求都是由同一個(gè)進(jìn)程下的線(xiàn)程所服務(wù)，而且相同的請(qǐng)求會(huì)由同一個(gè)線(xiàn)程所執(zhí)行。同時(shí)Servlet使用Java語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)的，具有跨平臺(tái)特性，而這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更是CGI所沒(méi)有的。因此，Servlet提供了強(qiáng)有力且具有效率的技術(shù)來(lái)取代CGI。

要在一個(gè)i—jetty的web工程中支持servlet，大致的步驟如下：

1）在ecplise中新建Android項(xiàng)目，并添加servlet的支持文件；

2）在項(xiàng)目中新建servlet并配置web．xml，編寫(xiě)servlet；

3）編譯完成后會(huì)自動(dòng)生成．class文件，需要將．class文件轉(zhuǎn)換成Android能執(zhí)行的．dex文件；

4）將．dex文件和web．xml等文件按一定順序保存在一個(gè)web工程目錄下，然后打包成一個(gè)war包。

SQLite是一款輕型的數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠跟很多程序語(yǔ)言相結(jié)合，比如Tcl、C#、PHP、Java等，還有ODBC接口，同樣比起Mysql、PostgreSQL這兩款開(kāi)源世界著名的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)講，它的處理速度比它們都快。不像常見(jiàn)的客戶(hù)端／服務(wù)器結(jié)構(gòu)范例，SQLite引擎不是個(gè)程序與之通信的獨(dú)立進(jìn)程，而是連接到程序中成為它的一個(gè)主要部分。所以主要的通信協(xié)議是在編程語(yǔ)言?xún)?nèi)的直接API調(diào)用。這在消耗總量、延遲時(shí)間和整體簡(jiǎn)單性上有積極的作用。整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)（定義、表、索引和數(shù)據(jù)本身）都在宿主主機(jī)上存儲(chǔ)在一個(gè)單一的文件中。Android操作系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，提供管理數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的API。所以，只要在Servlet中引入開(kāi)發(fā)Android程序提供的API，就能實(shí)現(xiàn)用Servlet操作SQLite。Setv let調(diào)用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的方法如下：

首先是數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，在A(yíng)ndroid中使用SQLiteDatabase的靜態(tài)方法openOrCreateDatabase（String path，SQLiteDatabae．Cursor Fact ory factory）打開(kāi)或者創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。然后創(chuàng)建表，為數(shù)據(jù)庫(kù)添加插入數(shù)據(jù)，刪除數(shù)據(jù)，修改數(shù)據(jù)，查詢(xún)數(shù)據(jù)等功能。最后是Servlet的設(shè)計(jì)，在eclipse中建立Androidproiect，在Web工程中導(dǎo)入android．jar，再引入需要的操作數(shù)據(jù)庫(kù)的類(lèi)：

3 系統(tǒng)方案的測(cè)試

將裝載了Android系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)，查到其網(wǎng)絡(luò)連接的IP地址為192．168．137．96，將嵌入式web服務(wù)器i—jetty安裝到該設(shè)備，并且將設(shè)計(jì)好的web工程放在SD卡中的／jetty／webapps／目錄下。打開(kāi)服務(wù)器，設(shè)置好HTTP的通信端口，開(kāi)啟服務(wù)。

可知，家庭網(wǎng)關(guān)服務(wù)器端的地址為192．168．137．96。啟動(dòng)i—jetty后，在瀏覽器地址欄輸入192．168．137．96：8080／temp，可以看到系統(tǒng)登陸頁(yè)面，如圖2所示。

這是一個(gè)用戶(hù)登陸界面，輸入用戶(hù)名和密碼后，主頁(yè)會(huì)將輸入信息提交到Login．java的Servlet里，由此Servlet來(lái)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)，判斷該用戶(hù)是否合法。當(dāng)用戶(hù)合法后，可以進(jìn)入主頁(yè)界面，如圖3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先簡(jiǎn)要介紹了Android系統(tǒng)，然后論述了實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器和相關(guān)Internet技術(shù)，指出了在A(yíng)ndroid系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器應(yīng)要注意的事項(xiàng)。接著介紹了i—jetty的優(yōu)點(diǎn)以及編譯安裝方法，了解了i—jetty是為數(shù)不多的可以在A(yíng)ndroid下運(yùn)行的Web服務(wù)器，并且還是一個(gè)Servlet容器。將傳統(tǒng)的CGI與Servlet做了比較，說(shuō)明了Servlet在A(yíng)ndroid系統(tǒng)下的優(yōu)勢(shì)：Setvlet在動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的實(shí)現(xiàn)方面更有效率。在后臺(tái)操作方面，Android并不支持類(lèi)似PHP的網(wǎng)頁(yè)腳本語(yǔ)言，所以，Servlet是一個(gè)很好的選擇。在嵌入式系統(tǒng)里存儲(chǔ)信息，SQLite以其方便的操作，無(wú)需額外配置，體積小等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。