【科研论文】基于HTTP协议的嵌入式远程监控系统的研究
内容简介：
利用网络实现局域乃至全球范围内的监测与控制，是信息与控制系统的主要发展趋势。嵌入式系统因其体积小、功能强、可靠性高、灵活方便等优点，已渗透到工业、农业、国防、教育、科研以及消费等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、提高生产效率等方面起到了重要的推动作用。
嵌入式远程监控技术作为网络化控制的代表，与传统工业嫁接，解决了工业测控领域中异构网络互联问题，提高了传统装备的智能化水平。它既保留了嵌入式设备的优点，又可借助于Internet把现场设备的控制延伸到地球上任何一个角落，从而真正实现设备的远程管理和控制。 本课题的主要研究目的是研究并设计一种远程监控系统的解决方案，为今后进行网络控制与信息网络的集成打下基础。
为了充分发挥嵌入式设备和网络化控制的优点，在深入研究TCP/IP协议和Linux操作系统原理的基础上，设计并实现了一种基于HTTP协议的嵌入式远程监控系统，系统采用B/S(Browset/Server，浏览器/服务器)架构，其特色在于设计了以具有Cortex-M3内核的微处理器—STM32F103RB为核心的嵌入式Web服务器子系统和以具有ARM9内核的微处理器—S3C2410A为核心的嵌入式浏览器子系统，二者可以连接组成一个小型的局域网或广域网，经由此网络，服务器可响应用户在浏览器端发出的访问请求，当验证用户信息的合法性后，会及时产生包含有与其控制的设备的当前状态和参数数据的网页，并将其发布到网络，用户收到网页并可以利用上面的控制按钮实现对远程设备的状态控制，另外，网页上的数据能不断更新。
为实现上述目的，本课题主要进行了以下几个方面的工作：
1、结合当前远程监控系统的发展现状与发展前景分析了嵌入式远程监控系统的特点，并总结了当前嵌入式系统支持TCP/IP协议的四种实现方式。
2、为在STM32F103RB上实现HTTP协议的解析，首先从数据报结构、连接管理、流量控制和可靠性四个方面分析TCP协议。在研究万维网原理的基础上，学习超文本标记语言，并设计出监控系统网页程序。另外，着重分析了HTTP协议的工作模式、特点以及消息格式。
3、按照本课题对嵌入式Web服务器和嵌入式浏览器的不同设计要求，为二者选择合适的处理器芯片以及支持TCP/IP协议栈的方式，其中浏览器子系统采用支持TCP/IP协议栈的Linux操作系统，而服务器子系统采用全硬件实现TCP/IP协议栈的W5100芯片。
4、基于Linux的嵌入式系统开发的五层结构，构建了嵌入式浏览器系统平台。分析Bootloader引导程序vivi的启动过程和实现原理，并学习vivi的常用控制命令。分析Linux操作系统的内核结构以及设备管理，并实现Linux2.6内核和根文件系统在S3C2410A上的移植，在此基础上构建了嵌入式图形用户接口界面，并成功实现嵌入式浏览器Konqueror/Embedded的移植，为远程监控提供良好的可视化界面。
5、设计基于STM32F103RB的嵌入式Web服务器的硬件电路，根据W5100在TCP服务器模式下的网络状态变化实现其驱动程序，并基于硬件实现Web服务器程序，该程序主要包括解析HTTP协议程序、网页数据更新程序、Base64码解码程序和网页程序等。
6、为验证服务器系统的网络传输速度，设计了网络通信演示软件，通过测试，证明其完全满足数据量低且需要实时传输的监控系统的要求。对整个远程系统进行组网测试，测试结果满足预期目的，也为进一步的改进工作奠定基础。给出一个实际的应用实例的方案。
作者：高嵩
单位：北京工业大学
原文来自：万方数据知识服务平台
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