嵌入式Web服务器技术及其在电力系统中的应用综述

1 引言
随着现代通信技术的发展，网络技术特别是基于TCP/IP通信协议的Web技术得到了广泛的应用和普及。在TCP/IP协议基础上建立的HTTP超文本传输协议、FTP文件传输协议、Telnet远程登陆协议以及SMTP邮件协议等协议族构成了Web技术的核心。更重要的是这些协议是开放、标准和独立于系统平台的，利用现有的网络硬件基础，就可以很方便地建立基于TCP/IP网络协议的Internet/Intranet网络系统。Web技术允许任意地点的用户通过Web浏览器接入网络，访问Web服务器发布的各类信息，实现世界范围内的互联[1]。Web浏览器使用的是基于 HTTP超文本协议的HTML超文本模式语言，其标准化的界面表达独立于客户端软硬件平台，极大地节省了客户端人机界面维护工作和使用人员的培训费用。在传统的Web应用中，Web服务器往往与数据库系统或者文件系统并存在一台高性能的计算机系统中，数据库服务器是Web服务器的信息来源，Web服务器则是系统的信息发布中心，它接收来自浏览器的请求，并根据请求生成新的页面发送给Web浏览器，完成信息在网络范围内的传输。Web服务器检索的信息来自数据库系统，实时性要求不高，可以满足常规的查询和检索系统的要求。
为了提高生产效率和管理水平，远程监控和生产过程控制等系统很适合应用Web技术，从浏览器上直接监控现场设备的运行。但作为实时性要求较高的面向任务的系统，必须解决基于Web应用的实时性问题、系统结构问题和安全性等问题。而嵌入式Web服务器技术作为结合了Web技术和现场工作要求特点的一项新技术，是一种很好的解决方案。
本文分析和介绍了嵌入式Web服务器技术，并探讨了其在电力系统中的应用实例和应用前景。
2嵌入式Web服务器技术
2.1 概述
嵌入式Web服务器（Embedded Web Server, EWS）是指将Web服务器引入到现场测试和控制设备中，在相应的硬件平台和软件系统的支持下，使传统的测试和控制设备转变为具备了以TCP/IP为底层通信协议，Web技术为核心的基于互联网的网络测试和控制设备[2,3]。EWS系统与传统的Web应用相比，简化了系统结构，将信息采集和信息发布都集成到现场的测控设备中。由于有了标准的接口形式和通信协议，内嵌于设备的Web服务器可以向任何接入它所在网络的合法用户提供统一的基于浏览器方式的操作和控制界面，浏览器成了设备的前端控制板[4]。由于Web技术的开放性和独立平台特性，大大降低了软件系统和通信系统的设计、维护工作量，节省了人员培训费用等，提高了现场测试和控制设备的管理水平。
2.2 EWS的硬件结构
EWS的硬件系统是包含了Web通信功能的微型处理器或者微型控制器系统[3]，它可以和前端的应用系统直接集成在一起，也可以通过现场总线与应用系统相连。其硬件结构图如图1所示。

一个完整的EWS硬件系统必须具备FLASH ROM存储器用来存储实时操作系统的系统内核、TCP/IP协议栈、各种Web文档；DRAM存储器供系统运行时使用；以太网接口实现与Internet /Intranet连接；前端应用系统的硬件完成传统意义上的应用功能；而微型处理器负责全体的运行和管理。
考虑到性价比，EWS的硬件结构不能很复杂，硬件资源也很有限，FLASH ROM的空间一般为2~4M，DRAM的存储空间一般为8~16M。而实时操作系统的系统内核、TCP/IP协议栈、各种Web文档都必须写入到ROM中和运行时调入到DRAM中运行，这样对EWS的软件系统提出了较高的要求。
2.3 EWS的软件系统
EWS的软件系统包括五个部分[5]：①HTTP引擎；②虚拟文件系统；③配置模块；④安全模块；⑤应用程序接口模块。其组成如图2所示。

其中HTTP引擎负责响应用户的请求、通过虚拟文件系统访问静态数据信息、通过应用程序接口得到动态数据信息。
虚拟文件系统为EWS提供虚拟文件服务，虚拟文件系统使用数据结构存储文件大小、修改时间等信息。对于存储HTML文件需要的动态信息建立数据结构保存脚本的指针和脚本所调用函数的名称。通过虚拟文件系统将Java, GIF, PDF, HTML以及文本等文件形式编译为Web服务器认可的代码，而独立于具体的文件系统。
配置模块使系统管理员可以从任何一台标准的Web浏览器上设置EWS参数，在系统启动中定义的配置环境变量包括并发连接数、Socket端口、主机名称、根文件路径、缺省初始文件以及非活动超时和时区等。
配置模块对标准浏览器的开放使得安全问题更加重要，尤其是对网络设备的配置和控制信息的访问成为安全保护的重点。安全模块通过在服务器上定义安全域和对每个安全域定义的用户名/密码实现对敏感信息的保护。还可以对请求数据采取加密措施实现安全保护功能。
应用程序接口模块实现和嵌入式应用系统的数据交换，在EWS中，应用程序接口与嵌入式操作系统通信，实现对嵌入系统的配置、监视和控制，是EWS软件系统的核心。而应用程序接口模块常见的有CGI（Common Gateway Interface）、SSI(Server Side Include)和HCPA（HTML-to-C Preprocessor Approach）等3种形式。