Linux人工智能開發(fā)實(shí)例 課件 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)

第3章城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例本章分析Linux技術(shù)在城市環(huán)境采集中的應(yīng)用，共分2個(gè)模塊：1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)：先進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析，嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用、Boa服務(wù)器移植、CGI開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用開發(fā)。2.城市揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)：軟件界面框架分析、TVOCLinux驅(qū)動(dòng)開發(fā)、LEDLinux驅(qū)動(dòng)開發(fā)、PWMLinux驅(qū)動(dòng)開發(fā)、揚(yáng)塵檢測(cè)功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)揚(yáng)塵檢測(cè)系統(tǒng)。第3章城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例

3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例嵌入式Web服務(wù)器，是基于嵌入式系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的Web服務(wù)器。很好理解，拆分成兩個(gè)部分，Web服務(wù)器+嵌入式。Web服務(wù)器，即通常所說的網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器。用IE等瀏覽器訪問時(shí)，網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容儲(chǔ)存的地方就叫做Web服務(wù)器。大型的網(wǎng)站等，對(duì)服務(wù)器的硬件要求比較高，可以支持成千上萬(wàn)個(gè)客戶端同時(shí)訪問，而且速度要快。嵌入式Web服務(wù)器，是Web服務(wù)器當(dāng)中的一種。在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的一個(gè)Web服務(wù)器，可以通過瀏覽器等去訪問，對(duì)硬件要求稍微低一點(diǎn)。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，用的路由器，就是一個(gè)典型的嵌入式Web服務(wù)器，通過等可以直接訪問。本項(xiàng)目是嵌入式Linux中使用Web服務(wù)器的應(yīng)用示例，利用嵌入式Linux和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)采集遠(yuǎn)程的設(shè)備數(shù)據(jù),通過互聯(lián)網(wǎng)達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的目的，功能需求分析如表所示。3.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

系統(tǒng)需求分析功能功能說明TVOC氣體傳感器采集功能通過Arm擴(kuò)展模塊的TVOC傳感器采集氣體數(shù)據(jù)揚(yáng)塵等級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示功能通過擴(kuò)展板的點(diǎn)陣屏、OLED屏以及LED等動(dòng)態(tài)顯示等級(jí)變化web應(yīng)用控制功能通過web應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)采集的氣體數(shù)據(jù)通過儀表盤、曲線圖以及地圖進(jìn)行顯示城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例城市環(huán)境采集系統(tǒng)，其硬件主要邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、Arm擴(kuò)展模塊構(gòu)成。硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：網(wǎng)關(guān)連接Arm擴(kuò)展模塊的TVOC傳感器實(shí)時(shí)采集氣體數(shù)據(jù)，PC端的WEB管理界面可實(shí)時(shí)查看傳感數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。3.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例城市環(huán)境采集系統(tǒng)，其軟件模塊主要由硬件驅(qū)動(dòng)程序、Boa服務(wù)軟件、PC端Web管理軟件構(gòu)成，軟件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。3.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例LighttpdLibHttpd是一個(gè)開源輕量級(jí)嵌入式Webserver，提供一個(gè)專門針對(duì)高性能網(wǎng)站，安全、快速、兼容性好并且靈活的webserver環(huán)境。lighttpd適合靜態(tài)資源類的服務(wù)，比如圖片、資源文件，同時(shí)也適合簡(jiǎn)單的CGI（CommonGatewayInterface）公共網(wǎng)關(guān)接口應(yīng)用的場(chǎng)合。ShttpdShttpd，持CGI,SSL,cookie,MD5認(rèn)證，由于shttpd可以輕松嵌入其他程序里，因此shttpd是較為理想的webserver開發(fā)素材，開發(fā)人員可以基于shttpd開發(fā)出自己的webserver。ThttpdThttpd是一種開源Web服務(wù)器，簡(jiǎn)單、小巧、易移植、快速和安全的HTTP服務(wù)器。對(duì)于并發(fā)請(qǐng)求不使用fork()來(lái)派生子進(jìn)程處理，而是采用多路復(fù)用技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。BoaBoa服務(wù)器是一個(gè)小巧高效的Web服務(wù)器，支持CGI的、適合于嵌入式系統(tǒng)的單任務(wù)的http服務(wù)器，源代碼開放、性能高。作為一種單任務(wù)Web服務(wù)器，Boa只能依次完成用戶的請(qǐng)求，而不會(huì)fork出新的進(jìn)程來(lái)處理并發(fā)連接請(qǐng)求。但Boa支持CGI，能夠?yàn)镃GI程序fork出一個(gè)進(jìn)程來(lái)執(zhí)行。3.1.2嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用

常見嵌入式Web服務(wù)器城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例Mini_httpdMini_httpd是一個(gè)小型的HTTP服務(wù)器，開源，適合于中小訪問量的站點(diǎn)。AppwebAppweb是一個(gè)快速、低內(nèi)存使用量、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、方便的服務(wù)器，最大特點(diǎn)就是功能多和高度的安全保障。GoAheadGoAhead是跨平臺(tái)的服務(wù)器軟件，可以穩(wěn)定地運(yùn)行在Windows，Linux和MacOSX操作系統(tǒng)之上。3.1.2嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用

常見嵌入式Web服務(wù)器城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例Boa是一種單任務(wù)的Web服務(wù)器，當(dāng)有連接請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，它并不為每個(gè)連接單獨(dú)創(chuàng)建進(jìn)程，也不通過復(fù)制自身進(jìn)程來(lái)處理多連接，而是通過建立HTTP請(qǐng)求列表來(lái)處理多路HTTP連接請(qǐng)求，同時(shí)它只為CGI程序創(chuàng)建新進(jìn)程，因此，Boa具有很高的HTTP請(qǐng)求處理速度和效率。嵌入式Web服務(wù)器Boa和普通Web服務(wù)器一樣，能夠完成接收客戶端請(qǐng)求、分析請(qǐng)求、響應(yīng)請(qǐng)求、向客戶端返回請(qǐng)求結(jié)果等任務(wù)，它的工作過程主要包括：3.1.2嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用Boa服務(wù)器（1）完成Web服務(wù)器的初始化工作，如創(chuàng)建環(huán)境變量、創(chuàng)建TCP套接字、綁定端口、開始偵聽、進(jìn)入循環(huán)結(jié)構(gòu)，以及等待接收客戶瀏覽器的連接請(qǐng)求；（2）當(dāng)有客戶端連接請(qǐng)求時(shí)，Web服務(wù)器負(fù)責(zé)接收客戶端請(qǐng)求，并保存相關(guān)請(qǐng)求信息；（3）在接收到客戶端的連接請(qǐng)求之后，分析客戶端請(qǐng)求，解析出請(qǐng)求的方法、URL目標(biāo)、可選的查詢信息及表單信息，同時(shí)根據(jù)請(qǐng)求做出相應(yīng)的處理；（4）Web服務(wù)器完成相應(yīng)處理后，向客戶端瀏覽器發(fā)送響應(yīng)信息，關(guān)閉與客戶機(jī)的TCP連接。城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例（1）移植Boa服務(wù)器過程

解壓文件，并進(jìn)入./boa/src目錄

執(zhí)行./configure配置編譯環(huán)境

make編譯源代碼，修改錯(cuò)誤

創(chuàng)建boa安裝目錄/boa

修改defines.h文件中的SERVER_ROOT，使其指向改動(dòng)后的配置文件路徑

復(fù)制必要的文件到安裝目錄

修改boa配置文件

實(shí)現(xiàn)HTML頁(yè)面文件（2）移植到嵌入式開發(fā)板

在源代碼編譯的時(shí)候，指定交叉編譯工具鏈

編譯目標(biāo)文件并復(fù)制到安裝目錄

將整個(gè)/boa目錄復(fù)制到nfs共享根目錄下面3.1.3Boa服務(wù)器移植Boa服務(wù)器移植（方法與流程、配置）城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例HTML源文件3.1.3Boa服務(wù)器移植Boa服務(wù)器測(cè)試<html><head><title>CGITEST</title></head><body><h1>TestPage<h1><h2>CGIC<h2></body></html>2）HTML對(duì)應(yīng)的CGI源文件intmain(intargc,char**argv){printf("Content-type:text/html\n\n");printf("<html>\n<head><title>CGITEST</title></head>\n<body>\n");printf("<h1>TestPage<h1>\n");printf("<h2>CGIC<h2>\n");printf("</body>\n</html>\n");return0;}可以打開瀏覽器在地址欄中輸入ip/cgi-bin/hello.cgi出現(xiàn)如圖所示，說明cgi功能可以使用。城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例3.1.3Boa服務(wù)器移植Boa服務(wù)器測(cè)試3）實(shí)現(xiàn)嵌入式web遠(yuǎn)程控制功能點(diǎn)擊hello~之后服務(wù)器跳轉(zhuǎn)，頁(yè)面顯示的內(nèi)容如圖所示。（詳細(xì)源碼詳細(xì)請(qǐng)查看文檔）城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例服務(wù)器端與客戶端進(jìn)行交互的常見方式多，CGI是其中之一。CGI是外部擴(kuò)展應(yīng)用程序與Web服務(wù)器交互的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。根據(jù)CGI標(biāo)準(zhǔn)，編寫外部擴(kuò)展應(yīng)用程序，可以對(duì)客戶端瀏覽器輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成客戶端與服務(wù)器的交互操作。CGI規(guī)范定義了Web服務(wù)器如何向擴(kuò)展應(yīng)用程序發(fā)送消息，在收到擴(kuò)展應(yīng)用程序的信息后又如何進(jìn)行處理等內(nèi)容。對(duì)于許多靜態(tài)的HTML網(wǎng)頁(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，通過CGI可以實(shí)現(xiàn)表單的處理、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問、搜索引擎、基于Web的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問等等。3.1.4CGI開發(fā)技術(shù)CGI簡(jiǎn)介城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例1）CGI接口CGI程序可以用任何程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫，如Shell腳本語(yǔ)言、C語(yǔ)言等。CGI接口標(biāo)準(zhǔn)包括標(biāo)準(zhǔn)輸入、環(huán)境變量、標(biāo)準(zhǔn)輸出三部分。1.標(biāo)準(zhǔn)輸入CGI程序像其他可執(zhí)行程序一樣,可通過標(biāo)準(zhǔn)輸入從Web服務(wù)器得到輸入信息,如Form中的數(shù)據(jù),這是向CGI程序傳遞數(shù)據(jù)的POST方法。在操作系統(tǒng)命令行狀態(tài)可執(zhí)行CGI程序，對(duì)CGI程序進(jìn)行調(diào)試。2.環(huán)境變量Web服務(wù)器和CGI接口另外設(shè)置了一些環(huán)境變量，用來(lái)向CGI程序傳遞一些重要的參數(shù)。CGI的GET方法還通過環(huán)境變量QUERY-STRING向CGI程序傳遞Form中的數(shù)據(jù)。3.標(biāo)準(zhǔn)輸出CGI程序通過標(biāo)準(zhǔn)輸出將輸出信息傳送給Web服務(wù)器，傳送給Web服務(wù)器的信息可以用各種格式，以在命令行狀態(tài)調(diào)試CGI程序。3.1.4CGI開發(fā)技術(shù)CGI工作原理城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例2）CGI程序?qū)嵗?.1.4CGI開發(fā)技術(shù)CGI工作原理intmain(){intn,len=0;printf("Welcomebackhome/plain\n\n");if(getenv("Welcomebackhome"))n=atoi(getenv("CONTENT-LENGTH"));printf(“Welcomebackhome=%d\n”,n);for(n=0;n<len;n++)printf("CONTENT=%c",getchar());return0;}CGI程序的工作過程總結(jié)如下

1.求出環(huán)境變量長(zhǎng)度;

2.循環(huán)使用getchar()或者其他文件讀函數(shù)得到所有的輸入;

3.將輸出信息的格式告訴Web服務(wù)器;

4.通過使用printf()或其他的文件寫函數(shù)，將輸出傳送給Web服務(wù)器。

CGI程序從Web服務(wù)器得到輸入信息，進(jìn)行處理，然后將輸出結(jié)果再送回給Web服務(wù)器。城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例用戶通過網(wǎng)頁(yè)客戶端（瀏覽器）實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器端（嵌入式系統(tǒng)）的查詢?cè)L問和下發(fā)數(shù)據(jù)命令，如圖所示。3.1.5開發(fā)實(shí)踐：嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用Boa開發(fā)框架與移植GW3399開發(fā)板CGIBOA服務(wù)器Web網(wǎng)頁(yè)客戶端數(shù)據(jù)顯示圖像顯示套接字虛擬文件SOCKET-likeGET方法POST方法每個(gè)網(wǎng)頁(yè)上的不同模塊對(duì)應(yīng)不同的CGI基于客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算模型協(xié)議HTTP超文本傳輸協(xié)議傳輸單元：Web網(wǎng)頁(yè)城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例

Boa服務(wù)器的源代碼修改與編譯步驟如下：1）將boa文件通過共享文件夾拷貝到PC虛擬機(jī)的/home/目錄；2）然后在/home/boa目錄下面輸入命令進(jìn)行解壓；3）輸入命令配置boa生成Makefile；4）建立交叉編譯開發(fā)環(huán)境，設(shè)置環(huán)境變量5）返回開發(fā)目錄/home/boa/boa-0.94.13，修改CC和GCC對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)6）修改文件boa/boa-0.94.13/src中compat.h、boa.c和log.c；7）修改完源代碼文件后輸入命令開始編譯源代碼8）通過編譯信息修改錯(cuò)誤；3.1.5開發(fā)實(shí)踐：嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用Boa開發(fā)框架與移植城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例CGI程序設(shè)計(jì)Web頁(yè)面源代碼：3.1.5開發(fā)實(shí)踐：嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用Web應(yīng)用程序<htmlxmlns="/1999/xhtml"><head><metahttp-equiv="Content-Type"content="text/html;charset=utf-8"/><title>web控制GW3399開發(fā)板led</title></head><body><h1align="center">基于GW3399的web控制GPIO口</h1><formaction="/cgi-bin/cgi_led.cgi"method="get"><palign="center">led的測(cè)試工作</p><palign="center">請(qǐng)輸入需要控制的led<inputtype="text"name="led_control"/></p><palign="center">請(qǐng)輸入控制led的動(dòng)作<inputtype="text"name="led_state"/></p><palign="center"><inputtype="submit"value="sure"/><inputtype="reset"value="back"/></p></form></body></html>（CGI程序源代碼詳細(xì)請(qǐng)查看文檔）城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例1）服務(wù)器移植成功后，在IE瀏覽器地址欄輸入6:34768/index.html,會(huì)出現(xiàn)如圖所示界面，這里6要對(duì)應(yīng)自己開發(fā)板的IP地址，端口號(hào)也是如此，如果網(wǎng)頁(yè)上顯示的是字母，需要使用IE瀏覽器兼容模式下運(yùn)行。3.1.5開發(fā)實(shí)踐：嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用Boa配置與運(yùn)行城市環(huán)境采集Linux開發(fā)案例2）然后按