（计算机应用技术专业论文）嵌入式设备web+service的研究与实现.pdf

华京舜范太掌硬士学位论文 嵌入式设盔w e bs e r v i c e 辩研究与实瑗 摘要 嵌入式设备广泛旋翅在人 薅瓣日常王传、生活孛。随着谊息共攀程凌熬增 加以及嵌入式计算、随络通讯技术的成熟，让嵌入式设备接入i n t e m e t 并赫传统 应用进行功能熬合逐渐成为可能与必需。本论文开始部分针对上述情况进行了 奔绣，激说饔稀究嵌入式设麓w e b 骚务瓣罄要瞧。 本论文酶烹俸部分，蓄兔辩w e bs e r v i c o 的篱单荔安蜣佼避行分耩，黼鲳潦 其引用到嵌入式设备上的可行性；随后从应用体系结构角度分析了设备提供使 鼹w e bs e r v i c e 麴掏絮；按一豁帮分滔述了器瑟捺议豹实瑷，戳及h t t p 、s m t p 、 s o a p 、w s d l 之间的关系帮绑宠方法。簸终构造出一个在低端嵌入式设各上 麓灾蹬模型，逶过箕串嚣玎ps e r v e r 器s m 露c l i e n t 鹣突联、舅菠方法麓谖试 手段，阐明在低端嵌入式设锯上实现w e bs e r v i c e 的一般过稔。 w e bs e r v i c e 技术是最新发震怒来酶，本身尚不完饕，将箕应爱捷资源有限 的嵌入戏设备上，更是一个崭掰鹣课题，商特邀一步熬研究粒探索。因此，本 论文结隧部分对在设计和应掰嵌入式设备w e bs e r v i c e 中可能出现的些问题进 行了讨论和展塑。 关键字 嵌入式设备嵌入系统w e bs e r v i c eh t t ps m t ps o a pw s d l 华末螂蒎丈学硕士学位论文 嵌a 式设备w e bs e r v i c e 的研究与实现 a b s t r a c t e m b e d d e dd e v i c e sa r ew i d e l yu s e di no u rd a i l yl i f e + w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f i n f o r m a t i o n s h a r i n g ，e m b e d d e dc o m p u t i n ga n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，i t sp o s s i b l e a n dn e c e s s a r yt o i n t e r g r a t e e m b e d d e d a p p l i c a t i o n s w i t ht r a d i t i o n a l d e s k t o p a p p l i c a t i o n s a tt h eb e g i n n i n go f t h i sa r t i c l e ，t h ea b o v ei si n t r o d u c e da n ds h o w st h e i n e v i t a b i l i t yo f r e s e a r c h i n gw e b s e r v i c eo f e m b e d d e dd e v i c e s t h em a i np a r to f t h i s 也e s i se x p l a i n st h es i m p l e n e s sa n dm e r i t st os h o wt h ef e a s i b i l i t y o fi n t r o d u c i n gw b bs e r v i c ea r c h i t e c t u r ei n t oe m b e d d e dd e v i c e s t h e n d i f i e r e n t m 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 eo 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 d f r o mt h ep o i n to f v i e wo f a p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r e 。i ti st h ec o r eo f t h et h e s i st h a tk e y p r o t o c o l sa r er e s e a r c h e da n dd e v e l o p e di nd e t a i l a sw e l la s 也er a l a t i o n s h i pa n d b i n d i n g sb e t w e e nt h o s ep r o t o c o l sa r ea n a l y z e d i nt h ee n d ，ap r a c t i c a le m b e d d e d d e v i c es u p p l y i n gw e bs e r v i c ei sf o u n d e d s i m p l eh t t ps e r v e ra n ds m t pc l i e n ta r e c o m b i n e do nt h ee m b e d d e dd e v i c e ，强。d e s i g n i n g d e v e l o p i n ga n dd e b u g g i n g m e t h o d su s e dt h o u g hb u i l d i n gt h em o d e ls h o wt h en o m a lp r o c e s st or e a l i z ew e b s e r v i c eo nb a s ed e v i c e s w e bs e r v i c ei sal a t e s tt e c h n o l o g ya n dn o tp e r f e c t 毹t h i st i m e i t sa n o t h e rb r a n d - n e w i d e at 。d e v e l o p ew e bs e r v i c eo ne m b e d d e dd e v i c e s ，w h i c hi sw o r t h yo ff u r t h e r s t u d y i n ga n dr e s e a r c h i n g i nt h el a s tp a r to ft h i st h e s i s ，s o m el a t e np r o b l e m sa r ea l s o d i s c u s s e d k e y w o r d e m b e d d e dd e v i c e ，e m b e d d e ds y s t e m ，w e bs e r v i c e ，h t t ps m t p ，s o a pw s d l 华东师范大学硕士学位论文 嵌入式设各w e bs e r v i c e 的研究与实现 引言 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。怎样将i n t e m e t 相 关技术应用到人们日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 捷地查询和发布各类信息、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。 当前嵌入式设备接x i n e m e t 的网络连接方案已存在不少，但对于嵌入式应用系统的信 息发布、设备管理、与企业已有应用系统的结合，尚无成熟的参考模式。w e bs e r v i c e 作为 m i c r o s o f t ；，s u n ，m m 等众多大公司共同认可的最新技术热点是在电子商务发展过程中被 提出并发展起来的，主要解决松散网络中跨平台计算机间的程序调用，它使用公开的标准 协议，具有简单、灵活、易于开发等特点。 本论文将w e bs e r v i c e 概念延伸应用到嵌入式系统中，比较详细地分析和讨论了嵌入式 设备提供和使用w e bs e r v i c e 的可行性，基于w e bs e r v i c e 的嵌入式应用系统的模式和解决 方案，并构造了一个提供简单w e bs e r v i c e 的实验模型对论文观点进行验证。同时，论文也 陈述了基于w e bs e r v i c e 的嵌入式设备应用系统的优点和不足。 研究嵌入式设备接入i n t e r n e t ，提供各种各样的w e b 服务，是一项非常实际而有意义 的工作。随着技术与应用的不断拓展，人类的许多设想都将成为现实，嵌入式领域必然义 将涌现出新的方向、课题等待探索和研究，但是网络化和服务化必将是个长久不衰的主题， 嵌入式设备w e bs e r v i c e 将始终有着巨大的发展空间。 华东师范大学硕士学位论文 嵌入式设各w e bs e r v i c e 的研究与实现 第1 章概述 1 1 研究嵌入式设备w e bs e r v i c e 的意义 1 1 1 嵌入式设各的定义 计算机系统根据其应用可分为两大类别：通用计算机系统和嵌入式计算机系统。通用 计算机系统一般在硬件上都以标准形态( 如p c 、笔记本电脑) 出现，针对各类应用配置不 同的软件，供用户使用：而嵌入式计算机则是l 三i 嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品 和系统中，用户一般察觉不到其存在。 台通用计算机的外部设备中包含了多个嵌入式微处理器，例如键盘、鼠标、显示卡、 网卡、m o d e m 、打印机、扫描仪、数字相机等均是由嵌入式处理器控制的，又如家庭生活 中的装置和设备、实验室中科学实验的可靠记录设备、关注病人健康的全天自动监测设 备本论文将这些含有嵌入式计算机的设备统称为嵌入式设备。 1 1 1 嵌入式设备的应用及发展方向 当前，嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机。在我们的生活中，大 约9 8 的处理器不是我们传统的桌面计算机设备，而是广泛应用在制造工业、过程控制、 通讯设施、军事装备、消费类产品等方面的嵌入式计算机。 传统的机电设备在嵌入式计算机的控制下，已具有了一定的计算能力。随着大容量存 储器技术以及使嵌入式系统高效稳定运作的软件技术逐步走向成熟。嵌入式设备的应用正 朝着与可靠的网络通信和传感反应功能结合的发向发展，嵌入式设备接入i n t e r n e t 后可能 出现的各种新的应用有： 使用w e b 浏览器随时访问装有各种环境因素传感装置的楼况信息，例如振动、温度、湿 度、热量、水流 身份证检查、各种热量运动变化监控、非法用户侵入监视等 在生物科学中产生智能传感“药丸”。作为“药”的可编程运送载体，反映人体内的感觉 情况，为专家远程治疗提供依据 用于家庭网络的洗碗机、烤箱、有线电视、机顶盒、玩具、电话、自动调温器、智能 服装 在当前发展嵌入式设备i n t e r a c t 应用所具有的优势有： 利用现有网络进行全球范围的通信，不需另外构造专用的通信线路 使用现有的公开协议，传输速度、传输质量都有一定的保证 传输内容更丰富可以是控制数据、音频、文本、图像等 表现形式可以采用已广泛使用的网页，使得信息更生动、易于理解和操作 嵌入式设备接入i n t e m e t ，将引发由人和人之间的通信方式到设备和设备之间、设备和 人之间的通信方式的转变。未来的嵌入式设备，无论在什么地方、什么时间、什么平台上 都能将正确的信息、在正确的时间里、以正确的方式、传递给正确的人。 2 华东师范大学硕士学位论文嵌入式设备w e bs e r v i c e 的研究与实现 1 1 2 研究嵌入式设备w e bs e r v i c e 的必要 1 开发嵌入式设备网络应用系统的需要 从嵌入式设备的发展方向来看，其接入i n t e r a c 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并不是最终目的嵌入式设备接入 i n t e r n e t 的目标应该是提供服务无论是对人还是其他设备，都因该具有数据表现形式、 访问接口、服务质量等方面的规定。通过网络传输数据，必然还会涉及传输协议、安全机 制等问题。 除此之外，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相互程序调用? 怎样让用户在不同的平台上都能 通过适当的人机接口程序看到对同一数据的表示? 这些问题在传统的嵌入式系统应用中无法找到现成的答案，通用计算机上的一些应用 模式也不可能完全适用于嵌入式设备中，因此，研究嵌入式设备接入i n t e r n e t 提供服务，、 即本论文的研究主题：嵌入式设备w e bs e r v i c e ，是有必要的。 2 从国内嵌入式系统的发展情况看，尤其具有必要性 国内嵌入式系统的研究起步比较晚，在应用领域里中低档的嵌入式微控制器占有很大 份额，尤其是5 1 系列单片机。软件开发人员许多是原先从事电子行业的硬件工程师，对于 计算机软件工程和高端网络协议等并不是很熟悉。因此，研究嵌入式设备w e bs e r v i c e ， 将为系统设计师提供一个参考应用模式。尽量简单的实现方法，也会给程序开发人员带来 便利，将有效减短开发周期，利于加速我国嵌入式系统的网络化发展。 1 2 实现嵌入式设备w e bs e r v i c e 的技术基础 嵌入式设备掇供或使用w e b 服务，只有在软硬件都达到一定的成熟度后才憋可行的。 本节就这些相关基础技术的发展情况做一简介。 1 2 1 羟理器技术酶发袋 嵌入式处理器是嵌入斌系统的核心部馋。嵌入式徽处理的发展，使得嵌入式系统中的 高速运箨、多媒体运算、l 秘量运冀蒋都成为可能，在运算速纛、经理艇力上为接入i n t e r a c t 必需的网络协议栈的引入提供了保证。嵌入式处理器分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制 器、嵌入式d s p 翻嶷入式冀上系统( s o c ) n 霾类，藏着鼹络藏恩罴求戆增招，嵌入式徽处 理器的衙生产品巾纷纷加入了网络嶷持功能。 1 ) 嵌入式微处理器 嵌入式镞楚疆器萎子添强谤等钒中羲c p u 技零，鳘是冀奄路援楚掇撂瘦褥定翻静鸯 板，体积小、功耗低。嵌入式微处理器也与标准微处理器的发展类似，从早期的4 位，8 位 逐渐进麓1 6 位3 2 位甚至6 4 位。 2 ) 嵌入式徽控毫l 嚣 嵌入式微控制器即单片机，以一种微处理器内核为核心，在芯片内部集成 r o m e p r o m 、r a m 、总线、总线逻辑、怒瓣魔。数嚣、i t o 、枣嚣西餐各静必蘩功能彝豁 设。单片机控制瓣具有体积小、可靠性高的特点，怒当前嵌入式系统的主流，占约7 0 的 市场份额。通用系列包括8 位的窖0 5 l 、1 6 位的m c s - - 9 6 1 9 6 1 2 9 6 等。 3 ) 褒入式d s p 鲶理嚣( e m b e d d e dd i 痊t a ls i g n a lp r o c , e s s o r ，e d s p ) d s p 处理嚣对系统结构和指令进行了特殊设计，适合于执行浮点、向量运算。编译效 率、指令执行速度高。嵌入式系统的智能化推动了嵌入式d s p 处理器的发展例如各种带 毕东师范大学硕士学位论文 嵌入式设备w e bs e r a i e e 的研究与实现 有智能逻辑的消费类产品生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，实时语音压解系 统，虚拟显示等等。d s p 运算能力高于单片机在以它为处理器的嵌入式系统中通常可以 加入t c p i p 协议栈，如e d e v i c e 公司提供的s m a r t s t a c k 协议栈，就是在a n a l o gd e v i c e s 公司的a d l 2 1 8 xd s p 芯片的基础上实现的。采用d s p 建立协议栈时，还可以把调制解调 器的软件和t c p i p 协议的软件栈，起放在一块芯片上。除了实现连通的功能以外，用户 还可以选择具有比较高时钟频率和大存储器容量的型号来满足应用需求，例如实时播放从 网上下载的m p 3 文件或话音信息。 4 ) 嵌入式片上系统( s y s t e mo nc h i p ) 嵌入式片上系统( s o c ) 指集系统性能于一块芯片上的极大型集成电路。它通常含有 一个微处理器核，若需要再增加一个或多个d s p 核，以及多个或几十个的外围特殊功能模 块和一定规模的存储器( r a m 、g o b 0 等。微处理器核由硬件描述语言( v h d l 等) 描述， 作为标准库存储。用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可将设计图纸交给半导体_ 工 厂制作样片，而整个嵌入式系统就集成在这一块或几块芯片中，电路板简洁并且可靠性高。 嵌入式微处理器多系列的发展及网络模块的集成，为嵌入式设备w e b 服务在运算能 力予咀保证。 1 2 2 嵌入式系统软件的发展 早期的嵌入式应用程序多数是使用汇编语言编写，c 高级语言编程和实时嵌入式操作 系统r t o s 的出现大大提高了嵌入式系统的开发效率、缩短了开发周期。 c 高级语言可移植性强，可维护性好，并能直接利用c p u 的硬件特性进行程序设计、 直接操作微控制器的硬件和接口，是当前嵌入式系统开发最常用的程序设计语言。 在2 0 世纪7 晦代出现的嵌入式操作系统，逐步演变为以 、，x w o r k 、p s o s 、n e c u l e u s 和 w i n d o w sc e 为代表的几十种嵌入式商用操作系统。开放的l i n u x 也逐渐跨入嵌入式领域。 嵌入式l i n l l ) 【一般是按照嵌入式目标系统的要求而设计，由一个体积很小的内核及一些可以 根据需要进行随意裁减的系统模块组成，一般来说整个系统不超过几m b 大小。目前，国 外许多大学、研究机构和著名公司都加入了嵌入式l i n u x 的开发研究工作。另外，u c o s 作为 开放源代码的轻量级操作系统，如今已经在8 0 5 l 系统中得到广泛使用，k e i l 公司的实时内 核r t x s l 亦为8 位、1 6 位系统的开发提供了方便。 这些针对高端或是低端嵌入式处理器设计的操作系统，通常都含有完整的网络接口模 块和t c p i p 协议栈供用户选择当系统资源非常有限并且应用相对单一时，开发人员也可 以不使用操作系统而自行完成网络功能块的实现和调度。 1 2 3 通讯、网络技术的发展 网络的兴建起源于资源共享，如巨型存储器的共享、高速行式打印机及数据库等的共 享。网络是服务性质的，因而就其体系结构而言为服务器客户机结构。 网络从局域网发展到广域网再到异种、异构网络相联的网际网 i n t e m e t 和无线骨干网技术的飞速进展，使得基于分组交换技术的通信性能、质量和可 靠性得到稳步提高，后p c 机时代的各种网上信息产品( i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，也称信息 电器) 随之顺应而出，如：w e b 个人数字助理( p d a ) ，w e b 可视电话、移动电话的g p r s 或w - c d m a 产品、r v 顶视盒、电视会议机、数码相机等。大量的含有8 1 6 位单片机的 嵌入式设备。如仪器仪表、数据采集和显示、过程控制、工业自动化、家庭自动化等的实 时应用，也都开始向”网络应用”扩展 4 华东师范大学硕士学位论文嵌入式设备w e bs e r v i c e 的研究与实现 1 2 4i s p i a p 技术 i s p 系统内编程i a p 应用内编程能让应用程序在运行过程中改变代码。传统的嵌入式 设备程序均固化在系统的只读存储器中，一旦投入使用，便无法进行修改。i s p i a p 和网 络信息交换。使得对设备固件远程升级成为可能。今后的嵌入式设备，可以在原有硬件不 变的情况下，通过网络升级软件而提供更好的服务，有利于设备维护和延长产品生命周期。 1 3 国内外当前对嵌入式设备网络应用的研究 正如本论文1 1 _ 3 中所述，当前国内外对嵌入式设备网络应用的研究大多是针对其连接 i n t e m e t 方案的并没有涉及本论文中的w e bs e r v i c e 模式。但接入i n t e m e t 是服务的必需的 基础，是不可或缺的部分。因此本节对当前嵌入式设备的连接方案和相关产品加以介绍。 1 高端嵌入式微处理器接入i n t e r n e t 的解决方案 高端3 2 6 4 位的嵌入式系统以及系统级芯片s o c 。因为拥有足够的能力和资源，常常 在操作系统和函数的支持下毫不费力地实现网络接入。 例如o s i c o m 公司研发的n e t + a r m 的s o c ，使用了r i s c 技术的4 0 m i p s 的a r m 7 微内核 ( m i c r o c o r e ) ，加上以太网( e t h e r n e t ) 模块，实现下列网络协议：t c p ( 传输控制协议) 、 u d p ( 用户数据报协议) 、r a r p ( 反向地址转换协议) 、i c m p ( 网际控制报文协议) ：同时 实现的高层协议有；h t t p ( 超文本传输协议) 、s m t p ( 简单邮件传输协议) 、f t p ( 文件传 输协议) 。 2 低端嵌入式徽处理器接入i n t e r n e t 的解决方案 低端嵌入式微处理接入i n t e m e t 的解决方案中，比较有代表性的是e m i t 技术。e m w a r e 公司创立了e t i ( e x m n dt h ei n t e m e t ) 扩展i n t e m e t 联盟，并提出了e m i t 嵌入式微型英特 网互连技术，它将8 位和1 6 位单片机单片机系统接入i n t e r a c t 实现基于i n t e m e t 的远程数 据采集、智b 控制、上传，下载数据文件等功能。 e m i t 技术包括以下核心技术： e m m i e r o ：是驻留在嵌入式系统中的微型网络服务器，e m m i c r o 集成电路到嵌入式系 统中。使得网络上的客户机能够控制和监视嵌入式系统以及从中收集数据。e m m i c r o 针对 微控制器有限的资源进行了优化，只占用系统很小的内存( 1 k 字节) 资源和处理器资源。 e m n e t ：是使嵌入式系统和轻量级网络( 如r s - 4 8 5 、i r 、r f 和电力线等) 进行连接 的网络协议a 同时，e m n e t 使得集成e m n e t 的嵌入式系统能够和嵌入式微控制器网关 c m g m e w a y 进行有效的通讯。 e m g a t e w a y ( 嵌入式微控制器网关) ：是轻型设备网络如r s 一2 3 2 、r s - 4 8 5 、c a n 、i i c 、 x 1 0 、r f 等和大型高性能网络如i n t r a n e t 和i n t e r a c t 等之间连接的桥梁。它是一个功能强大 的客户机，用于管理多个嵌入式系统、与标准的i n t e m e t 通信互连以及支持网络浏览器。 目前，美国c o r m e c t o n e 公司、e m w a r e 公司、t a s k i n g 公司和国内的p & s 公司等均 提供基于i n t e m e t 的d e v i c e - n e t w o r k i n g 的软件、固件( f i r m w a r e ) 、和硬件产品。 3 实现徽控制器，f p g a j c p l d 通过i n t e r n e t 进行远程动态重构的方案 就当前的技术发展来看，数字系统( m c u 、f p g a c p l d 等) 已基本上可实现器件级 i n t e m e t 接入以及基于i n t e m e t 的远程硬件功能重构和系统升级。 p h i l i p s 公司基于e m i t 技术推出的x a - g 4 9 是为提高c 语言效率及多任务性能而设计 的1 6 位扩展结构( ) 氓) 、实现i n t e m e t 接入的微控制器，支持系统内，应用内编程( i s p i a p ) 。 将x a - g 4 9 和c o n n c c t o n c 公司的i c h i p 5 6 1 a d s 瓜i n t e m e t 外围芯片结合在一起，就可以实 现通过i n t e m e t 远程升级固件和重构系统。 华东师范大学硕士学位论文 嵌入式设备w e bs e r v i c e 的研究与实现 x i l i n x 公司和g o a h e a d 软件公司合作，率先实现了x i l i n xf p g a c p l d 在装配到现场 后，可以通过i n t e m e t 对其进行远程更新和动态重构。利用g o a h e a d 公司的f i e l d u ) g r a d e r 技术和x i l i n x 公司的i r l ( i n t e m e tr e c o n f i g u r a b i el o g i c ) i n t e m e t 在系统逻辑重配置技术， x i l i n x 公司f p g a c p l d 的配置文件能够通过i n t e m e t 、i n t r a n e t 或v p n ( v i r t u a lp r i v a t e n e t w o r k ) 自动地下载到现场的f p g a c p l d 系统实现动态功能重构和升级维护。 g o a h e a d 的解决方案包括3 个部分：g o a h e a dd e v i c es t u d i o t m 、g o a h e a du p g r a d e a g e n t t m 和g o a h e a du p g r a d es e r v e r t m g o a h e a dd e v i c es t u d i o t m 是用于配置g o a h e a du p g r a d ea g e n t t m 的开发环境，配置 完毕后，g o a h e a du p g r a d ea g e n t t m 就嵌入在了目标器件( 如x i l i n x 的f p 雠p l d ) 中， 用于生成和发布系统功能重构的更新文件。 1 4 本论文的研究内容 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 入技术已经成熟的基础上，目前需要研究的是嵌入式设备接入网络提供的服务，以及与通 用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进行考虑，结合通用机算机中w e b s e r v i c e 技术的思想，研究嵌入式设备w e bs e r v i c e 的实现。论文主要由以下几部分组成： 1 介绍w e bs e r v i c e 及其向嵌入式设备中的引入 2 研究嵌入式设备提供和使用w e bs e r v i c e 3 在以低端微控制器为核心的实验平台上实现简单的w e bs e r v i c e 4 对嵌入式设备w e bs e r v i c e 的一些问题进行讨论和展望 6 华东师范大学硕士学位论文 嵌入式设备w e bs e r v i c e 的研究与实现 第2 章嵌入式设备w e bs e r v i c e 的引入 2 1w e bs e r v i c e s 技术 2 1 1 w e b 体系结构的进化及w e bs e r v i c e s 的产生 i n t e m e t 的发展史，同时也是w e b 应用的发展史。最初的w e b 只是用来共享信息。用 户发送服务请求，获取w e b 服务器上的信息和数据。随着w e b 应用的不断发展，w e b 应 用的复杂程度不断提高，w e b 应用的体系结构发展为w e bs e r v e r 和d a t a b a s es e r v e r 的两层 结构，然后又发展成三层架构，实现表现层、逻辑层、数据层分离。在部署上表现层对应 w e bs e r v e r ，逻辑层对应a p p l i c a t i o ns e r v e r ，而数据层则对应d a t a b a s es e r v e r ( 如图2 i 所 示) 。表现层是软件使用者直接接触的层面，包括直接可以看到的功能、界面等。逻辑层集 中于事务的处理过程，也可以称之为中间层。数据层集中于数据的处理。随后，三层结构 又被拓展到n 层架构，将中间处理最复杂的商业逻辑的逻辑层进行进一步细分，使得更复 杂、吞吐率要求更高的w e b 应用能够更有效地实施和部署。 圈2 - 1 高级w e b 应用的体系架构：三层结构 随着i n e m e t 的发展，b 2 b 电子商务不断发展。但是不同的应用( 尤其是不同企业的) 开发语言不同，部署平台不同，通信协议不同，造成了对外交换的数据格式有着很大的差 异。如何解决语言差异、平台差异、协议差异、数据差异带来的高代价系统集成，是实现 大范围的跨企业实体的商务应用系统对接的关键。 w e b 服务技术( w e bs e r v i c e st e c t m o l o g y ) 是作为针对这一问题的解决方案被提出的。w 曲 服务技术主要目标是在现有的各种异种平台的基础上构筑一个通用的平台无关、语言无关 的技术层各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实施彼此的连接和集成。用一句话 概括w e b 服务技术与传统w e b 应用技术的差异，就是：传统w e b 应用技术解决的问题是 如何让人来使用w e b 应用所提供的服务。而w e b 服务技术则是要解决如何让计算机系统 来使用w e b 应用所提供的服务。 w e b 服务的体系架构与w e b 应用的n 层架构是类似的不同点在于最上层的面向浏 览器的w e bs e r v e r 被面向程序( w e bs e r v i c ec l i e n t ) 的w e b 服务所取代。而使用w e b 服务的 程序可以是桌面应用程序，同样也可以是另外一个w e b 服务。w e b 服务的一个通用的体系 架构模式如下： 7 华东师范大学硕士学位论文 嵌入式设备w e bs e r v i c e 的研究与实现 圈2 - 2w e b 服务的体系架构 w e bs e r v i c e s 作为一种新的使用w e b 的模型，可以做到 不需浏览器而用程序启动事务 可以在分布式计算环境中动态地描述、发布、发现和调用w e b 服务 使用w 曲实现智能a g e n t 、网络市场、网上拍卖 2 1 2什么是w e bs e r v i c e 2 1 2 1w e bs e r v i c e 定义 从外部使用者角度而言，w e bs e r v i c e 是一种部署在w e b 上的对象、组件。具有对象 技术所承诺的所有优点：同时，w e bs e r v i c e 以血为基础，使用开放的w e b 规范技术， 因而具有比现有对象技术更好的开放性。 2 1 2 2w e bs e r v i c e 的特点 封装性w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，具有良好的封装性。使用者看到的只是对 象提供的功能列表。 松散耦合w e b 服务的实现对于使用者是透明的只要其调用界面不变，用户不会感觉到内 部实现的变更，无论是平台还是实现方法。而之前的一些分布式的对象模型，如分布式组 件对象模型( d c o m 3 、公用对象请求代理程序体系结构( c o r b a ) 、远程方法调用0 3 , i v u ) ，都 有共同的缺陷，即要求服务客户端与系统提供的服务本身之间必须进行紧密耦台，即要求 一个同类基本结构。这样的系统如果一端的执行机制发生变化，另一端就会崩溃。 协议规范性为了方便由任意方实现w e b 服务并达到最大限度的可互操作性。w e b 服务的 描述、传输、信息交换均使用完全开放的标准协议规范。包括对象界面所提供的功能描述， 服务的注册库，服务质量( q o s ) 保障，安全机制。管理协约等等，通常大多数规范都由w 3 c 或o a s i s 作为最终版本的发布方和维护方。 高度可集成能力由于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，实现了在当前环境下最高的可集成性。 2 123w e bs e r v i c e 应用模式 服务注册中心 w 黼s d l 一蹲1 服务提供者 服务调用者 绑定 图2 - 3 w e bs e r v i c e 应用模式 8 华东师范大学硕士学位论文 嵌入式设备w e bs e r v i c e 的研究与实现 在使用w e bs e r v i c e 的系统中，有三个角色：服务提供者、服务注册中心、服务请求 者( s e r v i c eb r o k e r ) 。服务提供者实现一个w e b 服务，并放置在在线服务器上供别人使用。 服务注册中心是w e b 服务的注册地，一般服务提供者将w e b 服务安装到w e b 服务器上之 后，会将服务发布到服务注册中心。目前，服务中心即为u d d i 商业注册中心。想要使用 w e b 服务的服务调用者，首先查询服务注册中心，当找到合适的w e b 服务后，将从服务注 册中心获取这些w e b 服务的技术信息引用，然后通过这些引用找到w e b 服务及其相关的 技术信息，完成服务调用者和服务提供者之间的技术绑定。 这种应用模式，使得服务提供者和调用者之间可以是动态关系，服务的提供者在开发 业务时可以不必清楚具体用户是谁、在什么地方，服务的调用者则可不关心服务的实现细 节、平台。 2 1 3w e bs e r v i c e 中的协议栈 圈2 - 4 w e bs e r v i c e 协议栈 在w e bs e r v i c e 的协议栈中，网络层和传输部分是先前已经定义好的并且广泛使用的 标准：i p 、h t t p 、s m t p 等。而从消息到工作流部分是目前开发的w e b 服务的相关标准 协议，包括服务调用协议s o a p 、服务描述协议w s d l 和服务发现，集成协议u d d i ，以及 服务工作流描述语言w s f l 。再往上的部分描述的是更高层尚待开发的关于路由、可靠性 以及事务等方面的协议。而管理、服务质量和安全性则是各个协议层的公用机制。 w e b 服务特定的标准协议主要有： 1 s o a p ( s i m p l e0 b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) s o a p 为在个松散的、分布式的环境中使用x m l 对等地交换结构化和类型化地信息 提供了一个简单且轻量级地机制。s o a p 本身并不定义任何应用语义，如编程模型和特定 语义实现，而是通过一个模块化的包装模型和对模块中特定格式编码的数据的重编码机制 来表示应用语义。s o a p 的这项能力使得它可以被很多类型的系统用于从消息系统到r p c 韵延伸。 s o a p 由四个部分组成： s o a pe n v e l o p e ( s o a p 信封) 它构造定义了一个整体的表示框架，用于表示在消息( m e s s a g e ) 的是什么，谁应当处 理它，以及这是可选的还是强制的。可选的消息由目标应用程序自己选择是否处理，而强 制的则要求消息必须被处理，如果无法处理必须返回错误。 s o a pe n c o d i n gr u l e s ( s o a p 编码规则) 定义了一个数据的编码机制，从而定义应用程序中需要使用的数据类型。 s o a pr p cr e p r e s e n t a t i o n ( s o a pr p c 表示) 定义了一个用s o a p 表示远端过程调用和响应的约定。 s o a pb i n d i n g ( s o a p 绑定) 定义了一个使用底层传输协议来完成在结点间交换s o a p 信封的约定 华东师范大学硕士学位论文 嵌入式设备w e bs e r v i c c 的研究与实现 2 w s d l ( w e bs e t r i c ed i s c r i p t i o nl a n g u a g e ) w e b 服务描述语言( w s d l ) 是一种x m l 语法，提供了描述构建在不同协议或编码方式 之上的w e bs e r v i c e 请求基本格式的方法。w s d l 用来描述一个w e bs e r v i c e 能做什么- 它 的位置在哪里，如何调用它等等。在假定以s q 心舸r r p 们m e 作为远程对象调用机制的 情况下，w s d l 会发挥最大作用。 w s d l 将服务定义为一个网络端点的集合，或者说端口的集台。在w s d l 里面，端点 及消息的抽象定义与它们具体的网络实现和数据格式绑定是分离的。这样就可以重用这些 抽象定义：消息、需要交换的数据的抽象描述、端i ：1 类型、操作的抽象集合。针对一个特 定端口类型的具体协议和数据格式规范构成一个可重用的绑定。一个端口定义成网络地址 和可重用的绑定的联接，端口的集合定义为服务因此一个w s d l 文档在定义网络服务的 时候使用如下的元素： 类型一使用某种的类型系统( 比如x s d ) 定义数据类型的容器 消息一通讯数据抽象的有类型的定义 操作一服务支持的动作的抽象描述 端口类型一个操作的抽象集合，该操作由一个或多个端点支持 绑定一针对一个特定端口类型的具体的协议规范和数据格式规范 端口一个单一的端点，定义成一个绑定和一个网络地址的联接 服务一相关的端点的集合 w s d l 给客户提供了一个模板。方便他们描述和绑定服务。 3 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o ns e r v i c e ) u d d i 为客户提供了动态查找其它w e bs e r v i c e s 的机制。使用u d d i 接口，商务处理 可以动态的连接到外部的商务合作者提供的服务上。一个u d d i 注册类似于c o r b a 的 t r a d e r 也可以把它想象成商业应用程序的d n s 服务。一个u d d i 注册有两种客户：要发 布一个服务( 和使用接口) 的商务应用，以及想要得到特定服务的客户。u d d i 层在s o a p 层之上，并假定请求和应答都是以s o a p 消息传送的u d d i 对象。 w e b 服务追求的第一目标是简单性：无论是h t t p 、f t p 等传统的t c p i p 系统的网 络协议，还是s o a p , w s d l 。u d d i ，w s f l 等基于x m l 的协议，它们设计原则中的一个最 重要点就是力求简单性；一个可以使用的w e b 服务按照需要选用若干层次的功能，而无需 所有的特性；所有的机制完全是基于现有的技术，并没有创造一个完全的新体系。无论是 i p v 4 、h t t p 、f t p 这些现有的网络协议，还是s o a p 、w s d l 等这些基于x m l 而定义的 协议都是遵循着一个原则：继承原有的被广泛接受的技术，这样才能使得w e b 服务被广泛 接受。 2 1 4w e bs e r v i c e 分类 按照w e b 服务实施的领域，可分为四类： 面向商业的w e bs e r v i c e ：该类服务针对的是那些面向企业应用服务，包括企业内部的 e r p 系统，企业间的s c m c r m 等系统。 面向客户的w e bs e r v i c e ：此类服务针对的是那些原先的b 2 c 的网站的改造，为这些 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 e b 服务的应用界面，使得第三方的桌面工具或 其自身提供的增值的桌面工具能够利用更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 m e t 更为方便，能够获得更加便捷的服务，比如在个 人理财桌面系统中集成i n t e m e t 上的股票价格查询w e b 服务、机票预定w e b 服务等， 使得个人理财应用的自动化程度更高。 1 0 华末师藏太学硕士学位论文嵌入式设备w e bs e r v i c e 的研究与露瑗 霹淘设备静w e bs e r v i c e ：戴类摄务豹经用终蠛一般是孚搀设善鞠基用家电，对手静者 而言，可i ；l 在不用修改网络服务的体系架构的前提下，令先前昀髓络服务支持除p c 以外的各种终端，比如p a l m 、p o c k e t p c 、手机等。而艏者对于翻用家电。用w e b 服 务释为基鞠框檠，糖姥型貔瓣用家鸯褥襄歪获褥标准懿支持，麸褥有了广泛使竭熬可 能。 磷趣系统麴w e bs e r v i c e ：一些传统意义上的系统服务，比如用户权限认诞，系统监控 等，如果被迁移到众球范围酶i n t e m e t 上，或辩企业内部的l n l r a n e t 上，箕作用范瀚将 从单个系统或局部网络拓展到整个企般网络或撼个i n t e m e t ，例如跨国企业的所有柱线 瓣务可以搜瑁嚣一令翔户投隈试涯w e b 辍努。 2 2 嵌入式设备w e bs e r v i c e 的引入 2 2 1远程过程调用技术 歉入式设蠡接天i n