c语言sscanf函数的用法是什么
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2022-11-20
基于以太网和现场总线控制系统实现嵌入式HTTP服务器的设计
引言
Linux操作系统是一种多进程,多用户的通用操作。由于它具备免费、源码公开、内核可裁减、支持多线程、网络功能强大、设计精巧、
性能稳定的特点,因此近年它也被广泛用到嵌入式系统的设计中。一个应用于嵌入式系统的Linux经过裁减和重新编译后只包括进程管理、内存管理、文件系统、若干个驱动程序和实用的函数等。
2 、基于Linux的嵌入式HTTP服务器的设计
工控领域的嵌入式HTTP服务器应该具备如下基本功能。
①实时数据发布。实时数据主要包括系统运行过程中设备的各种状态信息。嵌入式HTTP服务器将实时数据以网页形式发布到Internet上,且动态实时刷新。客户可以通过浏览器访问这些实时信息。
②参数设置。参数包括运行参数和设备状态参数,如各种初始值、常数等。嵌入式HTTP服务器接收到客户提交的参数设备请求后,执行参数写入操作。
④访问级别设置和权限认证。只有权限不低于要求访问级别的客户,经嵌入式HTTP服务器认证后,方可进行其权限范围内的监控操作。
3 、主要实现技术
3.1 超文本传输协议
3.2 通用网关接口CGI
参数设置和远程控制功能都是通过CGI(通用网关接口)程序和表单实现的。CGI使用HTML表单向Web服务器发送信息。基本语法如下:
CGI的工作流程是首先由浏览器将用户输入的数据传递给Web服务器,Web服务器根据接收到的数据设置环境变量并启动CGI脚本,CGI脚本从环境变量中读取所需要的数据并进行相应处理,最后使用STDOUT输出HTML形式的结果文件,经Web服务器送回浏览器,最终显示给用户。传统的CGI程序与服务器代码分开,是一个符号CGI标准的可执行文件,并储存在CF卡等存储设备上,一般用脚本语言编写。考虑到嵌入式HTTP服务器要求速度快,功能和代码都尽可能精简的特点,可以把原先由可执行文件完成的功能用C函数实现,放在服务器代码内部,并直接从HTTP请求报文接收数据。与传统CGI程序相比,这种方法具备如下特点:
*不需要标准输入,CGI函数可以直接获取到浏览器送来的信息;
*不需要标准输出,CGI函数可以直接将数据送回给浏览器;
*不需要环境变量,CGI和Web服务器在同一程序中实现,不需要环境变量来交换信息。
3.4 多线程
在传统的Unix服务器程序设计中,为了使服务器具备并发处理连接的能力,通常采用父进程处理连接,并调用fork()创建子进程来处理用户请求的方法。这种方法的缺点是进程创建慢,耗费资源,进程切换开销大,进程之间通信比较困难等,不适用对资源、速度有要求的嵌入式系统。因此,在嵌入式HTTP服务器的开发中使用线程的方法。利用LinuxThreads提供的pthread_create()等函数派生出线程,也即轻质进程来处理多个HTTP请求。
4、 工作流程和代码设计
4.1工作流程
子线程用于处理每具体的HTTP请求。子线程首先解析用户的HTTP请求。当用户请求一个网页时,子线程查找文件系统。如果该网页文件存在,且通过权限认证,就把它从CF卡读入内存并扫描,发现有自定义标记则调用相应函数进行处理,最后把结果返回给浏览器;否则给一个简单的出错消息。当用户是上传数据时,子线程调用相应函数读取数据进行处理,并返回处理结果给浏览器。
4.2 代码设计
在嵌入式HTTP服务器的代码设计中,考虑到代码的移植性和扩展性,利用C语言实现了面向对象风格的代码结构。代码主要由两上数据结构request_inf和response_inf以及其上一组操作函数组成。
结构request_inf和response_inf分别用来保存HTTP请求报文和响应报文的所有信息。在结构定义时,应根据具体应用特点设计结构包含的成分。
嵌入式HTTP服务器的函数包括通用函数、CGI函数和自定义标记处理函数等,其中通用函数是一些与HTTP1.1协议有关的函数。
(1)通用函数
*void prase_request_line(char *,struct *request_inf)
*void prease_general_header(char*,struct*request_inf)
该函数用来解析HTTP请求报文的调用首部(General_Header)。之所以把此函数与函数prase_request_line()分开,是考虑到程序的修植性和扩展性。请求行和通用首部是请求报文中的不同部分,不不同的场合下,要求解析的信息可能存在差导师。同时,这样也能使程序结构更清楚。比如,本项目要从通用首部解析字段Keep_Alive。该字段指明一个最长的时间或最大请求数目,在此范围内可以保持TCP连接不被释放(即前文提到的HTTP1.1的持续连接特性,persistent connection)。
*void prase_request_header(char*,struct*request_inf)
void prase_entity_header(char*,struct*request_inf)
HTTP请求报文的请求头部用来说明浏览器的一些信息,实体头部则用来说明请求报文中可能存在的实体主体信息。本项目实际上并不需要使用这两个函数来获取相关信息,但考虑到程序的扩展性和移植性,此处仍然把它列出来,它们是两个空函数。
*send_status_line(int fd,struct *response_inf)
此函数用来产生一个HTTP响应报文的状态行(Status_line)。状态行包括三部分内容,即HTTP版本、状态码以及解释状态码的简单短语。这些信息预先放在结构response_inf中。
*send_general_header(int fd,struct*response_inf)
send_response_header(int fd,struct*response_inf)
send_entity_header(int fd,struct*response_inf)
这三个函数分别用来产生HTTP响应报文的通用首部、响应首部(Response_header)和实体首部。嵌入式HTTP服务器是一个瘦服务器,功能非常简单。因此HTTP响应报文的通用首部、响应首部和实体首部中的可选字段许多是不需要的,还有许多是固定不变的,例如Last_modified和Content_type字段。Last_modified字段指出资源上次被修改的时间并由接收方解释。如果接收方已有此资源的拷贝,但此拷贝比Last-Modified域所指定的要旧,那该拷贝就是过期的。由于网页文件中含有自定义标记,具有实时性,所以此字段根本没有含有Content_type字段指出实体的媒体类型,本项目中的嵌入式HTTP服务器被设计成只支持HTML类型,因此该字段的内容总是Content_type=text/html。有关服务器和资源的所有标题域信息都被放入结构response_inf中。
*send_white_line(int fd)
此函数用于实体首部和实体之间传送一个空白行。
*void send_entity_body(int fd,char *buff_file)
此函数用来传递实体主体,实体主体实际上是一个处理后的网页文件,它被放在指针buff_file指向的缓冲区内。
*void zero_request_inf(struct*request_inf)
void zero_response_inf(struct*response_inf)
这两个函数用于结构request_inf和response_inf清零。
*void get_file(struct*request_inf,struct * response_inf,char*buff_file,void*,void*)
(2)自定义标记处理函数和CGI处理函数
自定义标记处理函数用于对自定义的处理,每一类自定义标记对对应一种自定义标记处理函数,同一类自定义标记的不同数据点利用参数来区分,比如转子秤1的重量标记可以用weight1来表示。所有的自定义标记处理函数被放在一起,构成一个函数指针数组。自定义标记处理函数向CAN总线网络发送远程帧和接收数据帧,获取相应的状态信息。CGI总线网络发送远程帧和接收数据帧,获取相应的状态信息。CGI处理函数用变量名来区分,同一类变量对应一种CGI处理函数。与自定义标记处理函数类似,所有的CGI处理函数也被放在一起,构成一个函数指针数组。由于自定义标记函数和CGI处理函数类型众多,这里就不列举了。
5、结语
我们设计的嵌入式HTTP服务器具备良好的通用性和可移植性。通过更换或增加PC104通信模块,该服务器能够支持不同的现场总线,或同时连接几种不同的设备级轻质网络。同时在服务器代码设计中,用C语言实现了面向对象风格的代码结构。这样,如果要求服务器端具备更多的特性,只需要简单修改结构request_inf、response_inf、操作函数和网页文件即可达到目的。这种设计思路不仅适用于嵌入式HTTP服务器,随着硬件技术尤其是嵌入式操作系统技术的发展,它同样能够应用到其它嵌入式产品的开发中。
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