基于FPGA的嵌入式动态网页Java Web服务器的研究与实现

论文摘要

随着云计算时代的到来,互联网的使用越来越广泛,而移动设备的发展使得嵌入式web服务器应运而生。但是在嵌入式web服务器的发展过程中数据存储的限制以及运算能力的不足成为人们应用的瓶颈。本文在解决这些问题的基础上,提出了一种嵌入式动态网页web服务器,在一定程度上解决了数据存储以及运算能力的问题。嵌入式web服务器已经有了一些研究,但是大部分都是采用软件处理的方式,对服务器本身的硬件实现并没有做太多的工作。本文实现了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的嵌入式web服务器,该服务器能够在硬件上处理简单的动态网页。本设计使用轻量级IP(LwIP)作为TCP/IP协议栈,以Java优化处理器(JOP)作为协处理器来直接处理动态网页提交的请求。在软核Microblaze上实现JOP处理器与LwIP的紧密结合,以加速动态网页的处理。在对本系统的测试中,我们选用数据和计算密集的矩阵乘法和离散余弦变换(DCT)及其反变换(IDCT)作为我们的测试模型,这些测试分别由JOP或者Microblaze处理。与Microblaze相比,JOP处理矩阵乘法得到了约十倍的加速比,而DCT选用不同的8×8图像数据,并结合matlab对结果进行分析,也可以看出本系统有明显的优势。本文所作的工作比较基础,还有许多值得改进的地方,但是设计思想具有一定的借鉴性,对嵌入式动态网页web服务器的设计有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图录
• 表录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 嵌入式Internet 技术
• 1.2.2 动态网页技术
• 1.2.3 Java 平台
• 1.3 课题的提出
• 1.3.1 研究内容与目标
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 研究意义
• 1.4 本文的主要工作和组织结构
• 1.4.1 本文的主要工作和创新点
• 1.4.2 本文的组织结构
• 1.5 本章小结
• 第二章 WEB 服务器的基本原理
• 2.1 嵌入式web 服务器
• 2.1.1 HTML
• 2.1.2 HTTP 协议
• 2.1.3 嵌入式web 服务器工作原理
• 2.2 Java 原理
• 2.2.1 Java 体系结构
• 2.2.2 Java 虚拟机
• 2.2.3 Java 语言实现机制
• 2.3 动态网页
• 2.3.1 动态网站特点
• 2.3.2 全开源建站体系LAMP
• 2.3.3 JSP 运行原理
• 2.4 高效能WEB 专用模块
• 2.4.1 Java 优化处理器
• 2.4.2 TCP/IP 协议栈
• 2.5 图像压缩
• 2.5.1 基本理论
• 2.5.2 离散余弦变换
• 2.5.3 图像压缩与恢复
• 2.5.4 失真度估计
• 2.6 本章小结
• 第三章 嵌入式动态网页WEB 服务器的设计与实现
• 3.1 嵌入式动态网页web 服务器系统架构
• 3.1.1 共享存储器设计
• 3.1.2 JOP 封装成IP 设计
• 3.1.3 地址映射与时钟问题
• 3.1.4 存储问题解决方案
• 3.2 嵌入式动态网页web 服务器软硬件划分设计
• 3.2.1 软件处理设计
• 3.2.2 硬件功能模块设计
• 3.2.3 软硬件协同处理
• 3.2.4 硬件加速部分提取分析
• 3.3 嵌入式动态网页web 服务器中的动态网页处理设计
• 3.3.1 请求解析
• 3.3.2 动态内容处理
• 3.3.3 新网页生成
• 3.4 本章小结
• 第四章 嵌入式动态网页JAVA WEB 服务器实验结果与分析
• 4.1 JOP 仿真
• 4.2 功能实现
• 4.2.1 开发步骤
• 4.2.2 测试过程
• 4.2.3 功能实现结果
• 4.3 资源使用率
• 4.4 测试结果与分析
• 4.4.1 矩阵乘法
• 4.4.2 离散余弦变换与反变换
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文