（计算机应用技术专业论文）嵌入式web服务中的soap处理器的研究与应用.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 自i n t e m e t 出现以后，很少有其他技术能够像w e b 服务这样快速地为大众所 接纳。w e b 服务这项技术的出现引起了业界的极大兴趣，现如今，它已被人们视 为分布式计算技术的一次巨大飞跃。w e b 服务现在被推崇为：是解决异构应用实 现互操作方面非常成功的方案，它的成功在于：解决了不同硬件平台、不同操作 系统和不同编程语言的数据交换问题。w e b 的应用已经成为主流，特别是结合 w e b 应用和分布式结构的应用系统旱已悄悄地出现在你我的厅常生活中。随着网 络技术发展和市场需求的变化，让嵌入式设备接入i n t e m e t 并与传统应用进行功 能整合逐渐成为可能与必需。在嵌入式设备中实现w e b 服务可以轻松实现嵌入 式设备的远程管理以及远程获取该设备的功能及服务。 w e b 服务的主要目标是跨平台的可互操作性，它的目标的实现得益于s o a p 协议。因此在嵌入式设备中实现w e b 服务要求这些设备必须应该具有能够对 s o a p 数据进行处理的能力。本文的研究内容就是实现嵌入式w e b 服务中的 s o a p 处理器。 在本论文的主体部分，首先对w e b 服务技术的优势进行分析，阐明在嵌入 式设备上实现w e b 服务的可行性。随后从应用体系结构角度分析了设备提供使 用w e b 服务的架构；重点介绍了w e b 服务关键技术中实现消息通讯的s o a p 技 术，对s o a p 协议进行了深入剖析，包括s o a p 消息的处理框架、处理模型、 协议绑定等。通过对当前s o a p 实现方案具有的程序接口复杂、占用大量硬件资 源等特点进行分析，设计并实现了适合嵌入式设备的轻量型s o a p 处理器。具体 的实现是通过调用嵌入式x m l 解析器，结合s o a p 消息的处理过程来完成s o a p 消息的解析、应用程序的调用和参数解析。另外，对s o a p 消息中的二进制数如 何进行传输的问题进行了深入地研究，设计并实现了嵌入式s o a p 处理器的硬件 加速模块。 最后，基于a l t e r an i o si i 软核处理器的s o p c 硬件平台和m i c r o c o s i i 软 件平台，进一步设计实现了面向远程实验系统的嵌入式s o a p 处理器的应用系统， 并给出了测试结果。在应用系统中，针对s o a p 数据的存储问题，成功移植了基 于c f 卡的一个简单的嵌入式文件系统。 w e b 服务技术是不断发展的，将其应用在资源有限的嵌入式设备上，需要进 一步的研究和探索。因此，本论文最后部分对在设计和应用嵌入式w e b 服务中 的s o a p 处理器可能出现的一些需求进行了讨论和展望。 关键词：w e b 服务，s o a p ，嵌入式系统，x m l 解析器，s o p c ，远程实验 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t f e wo t h e rt e c h n o l o g i e se x c e p tw e bs e r v i c e sh a v eb e e nq u i c k l ya c c e p t e db y p u b l i c ，s i n c et h ei n t e m e ta p p e a r e d g r e a ti n t e r e s tf r o mt h ei n d u s t r yh a sb e e na r o u s e d s i n c et h ew e bs e r v i c e se m e r g e n c e d n o w ，i th a sb e e nr e g a r d e da sad i s t r i b u t e d c o m p u t i n gt e c h n o l o g yh u g el e a p w e bs e r v i c e s a r en o wb e i n gr e s p e c t e da u st h e s u c c e s s f u lp r e c e p ti nt h es e t t l e m e n to fh e t e r o g e n e o u sa p p l i c a t i o n si n t e r o p e r a t e ，a n di t s s u c c e s sl i e si ns o l v i n gt h ed i f f e r e n th a r d w a r ep l a t f o r m s ，d i f f e r e n to p e r a t i o ns y s t e m s a n dt h ed i f f e r e n tp r o g r a m m i n gl a n g u a g et oe x c h a n g ed a t a w e ba p p l i c a t i o n si sm o r e a n dm o r ep o p u l a r , e s p e c i a l l yw i mw 曲a p p l i c a t i o n sa n dt h ea p p l i c a t i o ns y s t e mo f d i s t r i b u t e ds t r u c t u r eh a v eb e e na p p e a r e di nt h ed a i l yl i v e so fy o ua n dm e w i t l lt h e d e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h ec h a n g e so ft h em a r k e td e m a n d s ，i t b e c o m e sp o s s i b l ea n dn e c e s s a r yt h a tt h ee m b e d d e dd e v i c e sc o n n e c t si n t ot h ei n t e m e t w i t ht h et r a d i t i o n a la p p l i c a t i o no ff u n c t i o n a li n t e g r a t i o n i m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e d w e bs e r v i c e st h a te a s i l yi m p l e m e n tr e m o t em a n a g e m e n ta n dr e m o t l yo b t a i nt h e f u n c t i o na n ds e r v i c eo ft h a te q u i p m e n t s 砀ep u r p o s eo fw e bs e r v i c e si sc r o s s p l a t f o r m i n t e r o p e r a b i l i t y , w h i c hi s b e n e f i t e df r o ms o a pp r o t o c 0 1 t h e r e f o r e ，t oi m p l e m e n te m b e d d e dw e bs e r v i c e s ， e m b e d d e dd e v i c e sm u s th a v et h ea b i l l i t yt op r o c e s ss o a pd a t a t l l i sp a p e rm a i n l y s t u d y st h es o a pp r o t o c o la n dr e a l i z e st h es o a pp r o c e s s o rf o r t h ee m b e d d e dd e v i c e s i nt h em a i np a r to ft h i sp a p e re x p l a i n sf i r s t l yt h ea d v a n t a g e so fw e bs e r v i c e s t e c h n o l o g y ，a n dm e r i t st os h o wt h ef e a s i b i l i t yo fi n t r o d u c i n gw e bs e r v i c e sa r c h i t e c t u r e i n t oe m b e d d e dd e v i c e s t h e n ，d i f f e r e n tm o d e l so fs u p p l y i n go ri n v o k i n gw e bs e r v i c e s o ne m b e d d e dd e v i c e sa l ed e m o n s t r a t e df r o mt h ep o i n to fv i e wo fa p p l i c a t i o n a r c h i t e c t u r e t h ep a p e rf o c u so ni n t r o d u c et h es o a pw h i c hr e a l i z e s t h em e s s a g e c o m m u n i c a t i o ni nt h ek e yt e c h n i q u eo fw e bs e r v i c e s ，a n da n a l y z e ds o a pd e e p l y , i n c l u d es o a pm e s s a g ep r o c e s s f r a m e w o r k ，e x p a n s i b i l i t y , p r o c e s sm o d e l ，p r o t o c o l b i n d i n ge t c a f t e ra n a l y z i n gt h ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m eo fs o a pe m p h a t i c a l l yh a s c o m p l e xi n t e r f a c ea n du s e sm u c hh a r d w a r er e s o u r s e s ，t h i sp a p e rd e s i g n sa n dr e a l i z e s al i g h ts o a pp r o c e s s o rw h i c hi sa i m i n gf o re m b e d d e ds y s t e m d u r i n gt h ei m p l e m e n t ， b yc a l l i n gt h ee m b e d d e dx m lp a r s e r , a n dc o m b i n a t i n gt h es o a pm e s s a g ep r o c e s s f r a m e w o r k , c o m p l e t et h ea n a l y s i so fs o a pm e s s a g e ，t h ea p p l i c a t i o nc a l la n dt h e a n a l y s i so fp a r a m e t e r s i na d d i t i o n ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ep r o b l e mt h a tt r a n s f e r b i n a r yi nt h es o a pm e s s a g e ，d e s i g na n di m p l e m e n tah a r d w a r ea c c e l e r a t o ro f e m b e d d e ds o a pp r o c e s s o r t i 江苏大学硕士学位论文 f i n a l l y , b a s e do ns o p ch a r d w a r ep l a t f o r mo fa l t e r an i o si is o f tn u c l e a r p r o c e s s o ra n dm i c r o c c o s s i is o f t w a r ep l a t f o r m ，t h i sp a p e rd e s i g n sa n dr e a l i z e sa l l a p l l c a t i o ns y s t e mo fe m b e d d e ds o a pp r o c e s s o ro r i e n t e dt ot h es y s t e mo fd i s t a n c e l a b o r a t o r y , a n dp r e s e n t st h et e s tr e s u l t i nt h ea p p l i c a t i o no fs y s t e m ，t h i sp a p e ra l s o d e s i g n sa n dr e a l i z e sa l las i m p l ee m b e d d e df i l es y s t e mb a s e so nt h ec o m p a c tf l a s h 砀et e c h n i q u eo fw e bs e r v i c e sd e v e l o p sc o n t i n u o u s l y , a n du s ei to nt h ee m b e d d e d d e v i c e sw h i c h o n l yp o s s e s s e sl i m i t a r yr e s o u r c e ，n e e df u r t h e rr e s e a r c ha n d i n v e s t i g a t e t h e r e f o r e ，a tt h ee n do ft h i sp a p e r ，d i s c u s s e sa n dp r o s p e c t st h en e e d s w h i c hm a yb ea p p e a r si nt h ep r o c e s so ft h ed e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n go ft h es o a p p r o c e s s o r k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ，s o a p ，e m b e d d e ds y s t e m , x m lp a r s e r , s o p c ， d i s t a n c el a b o r a t o r y 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不保密斟。 学位论文作者签名：专涌吞 签字r 期：2 唧年f 2 ，月f l ，日 v 月 ，f 陟 毛 年 帮1 名 期 签 r 师 字 导 签 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：黄两君 日期： z ，7 年 f 。月 f 2 日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究目的与研究意义 当今的世界已经进入了网络时代。网络从局域网发展到广域网，直到今天的 异种、异构网络相连的国际互联网i n t e m e t ，无论从空间上还是从时间上，都给 人们的生活方式带来了意想不到的变革，改变着我们的观念乃至行为。网站、电 子商务总是在各种媒体上反复出现，但是，网络终端不仅仅是以p c 机的形式出 现，也会以嵌入式系统方式出现在网络上，如掌上电脑、智能家电、无人售货机 等等。可以说如今的社会正步入将p c 机成熟技术向嵌入式产品转化的后p c 时 代。 随着嵌入式系统和网络技术的迅猛发展，信息共享的程度日益提高。嵌入式 系统被广泛应用于信息家电、移动计算机设备、网络设备和工控仿真等领域，各 种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过了通用计算机。以信息 家电为中心和嵌入式i n t e m e t 为潮流的嵌入式系统正得到蓬勃发展。怎样将 i n t e m e t 相关技术应用到人们r 常工作和生活环境中大量存在的嵌入式设备中， 使人们可以更方便快捷地查询、发布和调用各类服务、实现对嵌入式设备的远程 控制，已逐渐成为业界关注的焦点。 嵌入式系统是指嵌入式计算机( e m b e d d e dc o m p u t e r ) 及其应用系统，是指 嵌入于各种设备及应用产品内部的计算机系统，它主要完成信号控制的功能，体 积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏于所控制的装置中，提供用户接口、管 理有关信息的输入输出、监控设备工作，使设备及应用系统达到较高智能和性价 比。目前，嵌入式系统所带来的工业年产值已远远超过了1 万亿美元，是二十 一世纪信息产业的最重要的经济增长点之一，这是一个不可垄断的工业，对中国 的信息产业来说充满了机遇和挑斟。 从嵌入式设备的发展方向来看，其接入i n t e m e t 是必然的趋势。嵌入式设备 接入i n t e r n e t 的基本技术已经成熟，但是接入只是手段而不是最终目的，嵌入式 设备接入i n t e m e t 的目标是提供服务，无论是对人还是其他设备，都应该具有数 据表现形式、访问接口、服务质量等方面的规定。另一方面，随着w e b 服务的 发展，w e b 服务已经得到了国内外众多的组织和公司，尤其是国外大公司的支持。 关于w e b 服务的研究与应用在国际i t 是空前激烈，它已成为现代软件应用开发 领域最重要的课题。w e b 服务在分布式应用领域中已经取得了巨大的成功，而嵌 入式系统也已经广泛渗透到人们的工作、生活中。但是由于以往的嵌入式应用系 江苏大学硕士学位论文 统都是基于单机设备的，而随着信息共享程度的不断提高，许多应用领域对能够 进行互操作、能够进行协作的嵌入式应用系统的需求越来越大【2 】。 嵌入式设备接入i n t e r n e t 后，嵌入式系统业务和其它应用业务的整合问题只 益突出，然而嵌入式设备的平台又具有极大的差异性，应该提供怎样的数据表示 和过程调用接口才使得程序具有最大可重用性? 怎样让各个厂商的产品之间有 最佳的互操作性? 嵌入式设备是否可以和通用计算机之间进行互相程序调用? 怎样让用户在不同平台上都能通过适当的人机接口程序看到对同一数据的表 示? 传统的嵌入式系统应用中无法找到合适的解决方法，然而w e b 服务解决了 上述问题，因此需要将w 曲服务引入嵌入式系统。 w 曲服务标准( x m l 、s o a p 、w s d l 、u d d i ) 打破了i n t e r n e 、单机系统 和各种计算设备之间的差别，能实现大范围分布式系统的无缝集成，同时，w e b 服务的使用将改变分布式计算的开发模式和应用部署的费用规模，而且w e b 服 务的调用接口完全采用标准的x m l 及相关技术，在代码实现上的代价也有显著 下降。 然而，在w e b 环境中调用w e b 服务的时候，如果利用传统的对象模型协议 ( 如d c o m ，r m i ，c o r b a 等) ，就会暴露出许多局限性，如安全性问题，调用 请求无法跨越防火墙和代理服务器等【3 】。因此，需要提出一种新的解决方案来解 决w e b 服务调用的问题。这个问题的解决方案就是s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s s p r o t o c o l ，简单对象访问协议) 的出现。 s o a p 3 】是一种使运行在一种操作系统下应用程序和运行在另一种操作系统 下应用程序进行通信的方法，它使用h 1 r r p 协议传输x m l 文档作为信息交换的 内部机制。x m lw e b 服务使异构平台互通，s o a p 就是其桥梁。 s o a p w e b 服务的主要目标是实现跨平台的可互操作性，是目前最具生命力 的跨平台技术。在w e b 服务中采用s o a p 作为标准的通信协议，突破了以往采 用x m l r p c 协议时没有标准化错误代码、没有相应的服务描述语法以及难以处 理复杂数据( 如数组) 的限制，这使得s o a p 更适合w e b 服务( 面向服务的架构) 架构中服务的相互调用。s o a p 在嵌入式w e b 服务中的应用将解决许多以往难 以解决的集成困难，基于w e b 服务架构思想和s o a p 技术，我们将研究和考虑 使用嵌入式系统来实现一些新的分布式的嵌入式w e b 服务系统。 综上所述，开发出一个s o a p 处理器来满足嵌入式w e b 服务中进行通信的 需求是本文要解决的一个主要问题。 2 江苏大学硕士学位论文 1 2 国内外发展和研究现状 随着w e b 服务技术不断的深入人心，越来越多的应用采用服务架构，开发 w 曲服务的需求也在不断的增加。w e b 服务应用类型可以分为四类【4 】。 ( 1 ) 面向商务的w e b 服务 面向商务的w 曲服务主要针对的是那些面向企业信息化管理的应用服务， 如企业内部的企业资源规划信息系统、客户关系管理信息系统，企业之间的供应 链管理信息系统等。当企业管理信息系统以w e b 服务的形式出现在网络中时， 企业内部的应用集成变得更加容易实现，而在企业之间的众多合作伙伴的企业信 息系统对接也将不再是难题。目前面向商务的w e b 服务解决方案和产品提供商 有b o w s t r e e t 、e p i c e n t r i c 等公司。 ( 2 ) 面向客户的w e b 服务 面向客户的w 曲服务主要针对那些原先以企业对消费者( b 2 c ) 电子商务 网站的改造，为这些面向浏览器( b r o w s e r - o r i e n t e d ) 的w e b 应用增加了w 曲服 务的应用界面，使得第三方的桌面工具或其自身提供的增值桌面工具，能够利用 更加优秀的用户界面，提供跨越多个b 2 c 服务的桌面服务。这将使得用户使用 i n t e r n e t 更为方便，能够获得更加便捷的服务。比如可以在个人理财桌面系统中 集成( 调用) i n t e m e t 上的股票价格查询w e b 服务、机票预订w e b 服务等，使得个 人理财应用的自动化程度更高、个性化程度更强。 ( 3 ) 面向设备的w 曲服务 面向设备的w 曲服务的使用终端一般是指移动设备( 如手机、p d a ) 、信息 家电等，对于移动电子商务而言，利用面向设备的w e b 服务，用户可以在不用 修改网络服务体系结构的前提下，使以前的网络服务支持除了p c 以外的各种终 端设备，比如掌上电脑、p o c k e t p c 等。这样，用户获取天气预报服务、出行信 息服务、股市信息服务等更为有效和便捷。 面向设备的w e b 服务【5 j 一般是让嵌入式设备能够使用由服务器提供的服务， 换句话说，面向设备的w 曲服务是从w e b 服务使用者的角度进行设计的，目 的在于支持轻量级设备共享服务器的计算功能和数据库。 ( 4 ) 面向系统的w e b 服务 一些传统意义上的系统服务，比如用户权限认证、系统性能监控等，如果迁 移到i n t e m e t 或企业内部的i n t r a n e t 上进行，它们的作用范围将从单个系统拓展 到整个i n t e m e t 或企业局域网。这样，基于同一系统服务的不同应用将得以在整 个网络环境中部署，如虚拟企业的所有在线服务，可以使用同一用户权限认证 w e b 服务。这就是面向系统的w e b 服务的优势所在。 江苏大学硕士学位论文 国内外对w e b 服务技术的应用非常广泛，但是目前w e b 服务主要用于管理 事务类软件，较少用于工业控制系统【6 】和远程教学实验系统。w e b 服务技术应用 于设备与企业之间的互联，以及设备之间的互联变得越来越迫切。在嵌入式设备 中实现w e b 服务可以轻松实现嵌入式设备的远程管理以及远程获取该设备的功 能及服判7 1 。另外，同样是涉及到嵌入式设备，本文提出的嵌入式w 曲服务是将 w e b 服务集成到嵌入式设备中，位于服务器端，是从w e b 服务提供者的角度来 进行设计的，与前面介绍的面向设备的w 曲服务不同。 目前有些关于s o a p 处理实现方案的资源，例如，国外有一些针对c + + 的s o a p 实现方案，例如e a s y s o a p + + 和g s o a p ；以及针对j a v a 的s o a p 实现 方案k s o a p ，下面进行对它们进行简单地介绍。 ( 1 ) e a s y s o a p + + 8 】是一种以c + + 语言编写的、开源代码的s o a p 实现方案， 可从g n ul e s s e rg e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ( l g p l ) 站点下的h t t p ：s o u r c e f o r g e n e t p r o j e c t s e a s y s o a p 下载该内容。e a s y s o a p + + 要求使用e x p a t 歼源代码x m l 分析 程序。 ( 2 ) g s o a p 8 】是一个以c + + 编写的完整的s o a p l 1 实现方案。该方案提供 了一组编译工具，以用于生成c 语言格式和c + + 格式的、基于s o a p 的w e b 服 务和客户端。g s o a p 提供了自己的x m l 拉分析程序，因此无需使用基于d o m 的x m l 分析程序时所需的内存开销。 该方案是由佛罗旱达州立大学计算科学系的r o b e r t a v a ne n g e l e n 编写的。 g s o a p 是一种开放式源代码，可以从m o z i l l ap u b i l i cl i c e n s e1 1 ( m p l1 1 ) 下 的h t t p ：w w w c s f s c e d u e n g e l e n s o a p h t m l 中下载该方案。但是g s o a p 未提供开 放源代码的占位程序和框架编译器。 ( 3 ) k s o a p 8 】是针对内存受限的环境的一个s o a p 实现方案，它可以用于 j a v a 2p l a t f o r n l 、m i c r oe d i t i o n ( j 2 m e ) 以及j a v a 2p l a t f o r m ，s t a n d a r de d i t i o n ( j 2 s e ) 环境。k s o a p 来自e n h y d r a o r g ，可以从h t t p ：w w w k s o a p e n h y d r a o r e 下载，通 过e n h y d r ap u b l i cl i c e n s e ( h t t p ：k s o a p e n h y d r a o r g s o f t w a r e l i c e n s e e p l h t m l ) 可获取 该产品的开放源代码。 k s o a p 的目标是用于嵌入式w e b 服务中，但是由于该实现方案是针对j a v a 的，因此要求j a v a 虚拟机的支持，用于w e b 服务还需要j a v a r m i 的支持，对系 统的资源占用和性能要求较高，并且j a v a r m i 在j 2 m e 平台上还没有实现。同 时，j a v a 的嵌入式丌发工具代码生成长度要比嵌入式c 编译工具差l o 倍以上【9 】， 虚拟机的使用也降低了s o a p 处理速度。k s o a p 1 0 】是面向嵌入式系统的j 2 m e 平台设计的，这些方案的程序接口复杂并占用大量硬件资源，同时前面介绍的 s o a p 实现方案都是一组编译工具，在本课题中暂时不需要这些功能，对于嵌入 4 江苏大学硕士学位论文 式系统需要更轻量型的s o a p 处理器，因此研究和实现适合本课题中嵌入式w e b 服务中的轻量型s o a p 处理器是很有必要的。本课题中的s o a p 处理器的实现 将结合s o p c 软硬件协同工作的特点，使用a l t e r a n i o si i 的定制指令的功能加快 了对s o a p 消息中二进制数据的处理过程，从而提高s o a p 处理器的处理性能。 1 3 论文研究的内容 从本章前面的分析中可以看出，嵌入式设备连入i n t e r n e t 有广阔的应用空 间，在其接入技术成熟的基础上，目前需要研究的是嵌入式设备接入网络后提供 的服务，以及与异构计算机之间的程序调用、应用集成等问题。 本论文从嵌入式设备网络应用体系结构的角度出发，遵循w e b 服务技术的 思想，研究实现嵌入式w e b 服务，并应用于远程实验系统。论文主要的研究内 容与工作具体如下： ( 1 ) s o a p 协议的研究及嵌入式s o a p 处理器的实现 在w e b 服务的相关技术中，重点对实现w e b 服务调用的s o a p 技术以及 s o a p 消息的封装模型进行深入的研究分析，在此基础上提出了面向嵌入式设备 的s o a p 处理器的实现方案，并设计实现。设计的目标是尽可能地减少内存使用， 实现s o a p 消息的快速灵活地处理。 ( 2 ) 嵌入式x m l 解析器的完善 通过分析s o a p 规范，s o a p 使用了x m l 标准来封装远程调用和交换的数 据，嵌入式x m l 解析器为嵌入式s o a p 处理器的实现提供了可能。由于本课题 采用的嵌入式x m l 解析器是由往届研究生完成的。本课题对该嵌入式x m l 解 析器进行了分析与测试，并对现存的不足之处进行了改进，同时根据x m l 与 s o a p 的关系对该x m l 解析器进行了完善，使之能更有效地处理s o a p 消息。 嵌入式x m l 解析器的完善有利于s o a p 处理器性能的稳定。 ( 3 ) 嵌入式s o a p 处理器的硬件加速 本课题采用基于s o p c 的嵌入式平台，为了提高s o a p 处理器的运行速率， 改善处理器的性能，充分发挥s o p c 的优势，本课题在了解b a s e 6 4 编解码原理 以及定制指令概念的基础上，在f p g a 上用硬件设计实现了b a s e 6 4 编解码的定 制指令。 ( 4 ) 嵌入式s o a p 处理器的应用 研究嵌入式系统的特点，根据实现嵌入式w e b 服务系统的需要，基于a l t e r a n i o si i 软核处理器的s o p c ( s y s t e mo nap r o g r a m m a b l ec h i p ，可编程单芯片系 统) 的硬件平台和m i c r o c o s i i 软件平台，定制系统所需的硬件和软件环境。 江苏大学硕士学位论文 将已实现的基于嵌入式系统的s o a p 处理器应用到远程实验系统中，设计并实现 了一个s o a p 应用服务器系统。 ( 5 ) 嵌入式文件系统的移植 对当前几种常见的嵌入式文件系统进行分析比较，同时根据课题的需要，对 f a t 文件系统进行研究，并配合m i c r o c o s i i 构建的嵌入式软件环境和已定制的 硬件平台，移植了一个基于c f 卡的嵌入式文件系统，完成了文件的创建与读写 等功能。同时解决了w e b 服务中s o a p 消息存储的问题。 1 4 论文的组织 论文总共分六章，各章主要内容概括如下： 第一章为绪论，主要介绍了课题研究的背景、意义、国内外发展状态和本文 的主要研究内容，并给出了论文的框架。 第二章主要介绍了w e b 服务的基本概念、特点、体系结构、协议栈以及关 键技术。其中关键技术中重点介绍x m l 技术，为后面介绍s o a p 消息打下基础 指明了实现嵌入式s o a p 处理器与x m l 之间的关系。 第三章详细介绍了s o a p 规范，s o a p 的消息框架，重点介绍了s o a p 与 x m l 之间的关系，指明了s o a p 处理器实现的关键是如何应用x m l 解析器进 行解析处理。同时也介绍了s o a p 消息在h t t p 协议中的应用，为后面实现h t t p 协议传输s o a p 消息提供依据。最后分析了s o a p 的优缺点。 第四章阐述了嵌入式s o a p 处理器的设计与实现的过程。首先是对目前 s o a p 处理器的实现方案进行分析，并在此基础之上提出嵌入式s o a p 处理器的 设计方案。然后对嵌入式x m l 解析器进行完善，为s o a p 处理器的实现打下坚 实的基础。同时根据h t t p 协议特点及其l w i p 提供的s c o k c t 套接字函数实现了 简单的h t t p 协议，完成s o a p 处理器与h 1 f r r p 协议的绑定。最后介绍了b a s e 6 4 编解码的定制指令模块的实现，从而解决s o a p 消息中二进制数据传输的问题， 并实现了嵌入式s o a p 处理器的硬件加速。 第五章将s o a p 处理器应用到远程实验系统中，介绍了应用系统的设计和实 现。介绍了基于c f 卡的可读写的嵌入式文件系统移植的实现，解决了s o a p 消 息数据的存储问题的，并给出了测试系统的运行结果。 第六章对本文的内容进行了总结，并提出在此基础之上可以进一步完善和展 开的工作。 6 江苏大学硕士学位论文 第二章w e b 服务 2 1w e b 服务的概念及特点 软件业最终会接受这样的事实：跨多个操作系统、编程语言和硬件平台集成 软件应用程序不可能由任何一种专门的环境来解决。传统上，这个问题一直是一 个紧耦合问题，调用远程网络的应用程序通过自己发出的函数调用和请求的参数 与远程网络紧密地联系在一起。在w e b 服务出现之前，在大多数系统上，采用 的是固定的接口，但对于环境或需要的改变，这种方式就缺乏灵活性或适用性。 w e b 应用的巨大成功和不断发展，使其渗透到商业领域和个人生活的各个方 面。人们只要使用浏览器，就可以享受到各种各样的互联网服务，例如网上购物， 网上交易，网络游戏，预定车票，网上聊天和交友等等。 然而，所有这些w e b 页面都是为人准备的，是让人去阅读，去输入，去判 断。因此各种反映视觉效果的内容占用了大量的网络宽度，例如各种图片，字体 信息，文字排版样式等。而真正含有高价值的一些信息，很难被其他应用和程序 所使用。更重要的是，各种互联网服务之间缺少交互和通讯的机制。因此我们需 要来个计算模式大改变【l ，从单机、c s 或者b s 的方式转向松耦合的、动态集 成的新的分布式计算，从面向对象的架构向面向服务的架构s o a ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 方向转变，引导这场应用模式变革的技术核心就是基于 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 的w e b 服务技术。 w e b 服务【1 2 l 是封装成一个单一实体并通过网络发布给其它程序使用的一系 列功能集。它是自包括、自描述、模块化的应用，可以发布、定位、通过w 曲 调用。w e b 服务可以执行从简单的请求到复杂商务处理的任何功能。一旦部署以 后，其他w e b 服务应用程序可以发现并调用它部署的服务。因此，w e b 服务是 构造开发的分布式系统的基础模块，它们允许所有的企业和个人快速、廉价建立 和部署全球性的应用。 从外部的使用者的角度而言【1 3 】，w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象组件。 对象的接口由w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 描述，服务请求 者使用s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 来调用对象的接口。w e b 服 务具有对象技术所承诺的所有优点；同时，w e b 服务以x m l 为基础，使用开放 的w e b 规范技术，因而具有比现有对象技术具有更好的开放型。 w r e b 服务【1 4 】是基于组件的分布式技术变革的必然产物，总的来说w e b 服务 江苏大学硕士学位论文 具备以下五个特点： 1 ) 封装性w e b 服务是部署在w e b 上的一种对象，具有良好的封装性， 对使用者而言，看到的只是对象提供的功能列表。 2 ) 松耦合性当w e b 服务的实现包括平台的变更和实现方法的改变只要其 调用界面不改变，用户是不会感觉到这些变化的。 3 )协议规范性w e b 服务的描述、传输、信息交换的实现都是基于完全开放的 标准协议规范。这些规范大多数是由w 3 c 作为最终版本的发布方和维护 方。 4 )高度可集成能力w e b 服务使用简单、易理解的标准w e b 协议作为界面 描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，实现了在当前环 境下最高的可集成性。 由于w e b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为组件界面描述和协 同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是c o r b a 、d c o m 还是 e j b 都可以通过这一种标准的协议进行互操作，实现了当前环境下最高的可集成 性。 2 2w e b 服务的体系结构 w e b 服务是可重用的软件模型，是企业发布的完成其特别商务需求的在线应 用业务，其它公司或应用软件能够通过i n t e m e t 来访问与使用这项在线服务。w e b 服务是一种崭新的分布式计算模型，使用面向服务的架构s o a 。这一架构的基 础是【1 4 咱务提供者、服务注册中心和服务请求者这三个角色之间的交互活动， 这些交互包括三个基本操作：发布、发现和绑定。这些基础和交互活动一起作用 于w e b 服务构件：w e b 服务软件模块及其描述。w e b 服务的s o a 体系架构如图 2 1 所示。 图2 1 表明了w e b 服务包含的组件、关键的操作和设计的主要协议，是整个 w e b 服务框架形象直观的表示。 。 服务提供者：提供服务及维护注册表以使服务可用； 。 代理：服务提供者与服务请求者的中介，传统的代理是u d d i 注册中心； 。 服务请求者：发现w e b 服务，然后调用这些服务以创建应用程序； - 服务：应用程序，通过服务描述语言进行描述，其描述信息通过代理发布。 在w e b 服务体系架构中，服务提供者通过服务注册中心发布关于服务的描 述。服务请求者通过搜索服务注册找到满足他们需要的服务并且得到如何调用该 服务的信息，然后根据这些信息调用服务提供者发布的服务。服务请求者可以是 江苏大学硕士学位论文 一个人或一个程序。w e b 服务使用的关键技术是：用w s d l 来描述服务，用u d d i 来发布、查找服务，并用s o a p 来执行服务调用并返回结果。w e b 服务架构中 每一个角色的生命周期包括建立、部署、运行和管理四个阶段【1 5 】。 2 3w e b 服务协议栈 图2 1w e b 服务体系构件 为了完成在松耦合环境下的对象访问，以及在基本对象访问之上的事务、工 作流、安全机制等，实现一个完整的w e b 服务体系，需要一系列的协议规范来 支撑。包括超文本传输的h t t p 、作为数据交换的标准x m l 、s o a p 、w s d l 和 u d d i m 】。现在s o a p ，w s d l 和u d d i 已经成为i n t e r n e t 上w e b 服务的事实标 准。 在图2 2 中，上面几层建立在下面几层提供