A Simple Architecture for Embedded Web Servers

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1 MICEI 2003 Arquitectura de Co m putadores Agenda A Simple Architecture for Embedded Web Servers What to expect E mbedded applications usability E mbedded systems paradigm E mbedded Web server architecture requisites 051-type architecture implementation 051-type architecture benchm arks Sum mary Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Informática Miguel Domingues, mi de Fevereiro de E mbedded Applications Hewlett-Packard Patent Home automation Industry automation Security systems Vending machines N etwork appliances Embedding W eb access mechanism in an Appliance for user interface functions including a Web serverand a Web Browser September 21, Patent routers, switches, security sensors, energy monitors...enables in the device: Low development cost Widely accessible Enhanced user interface functions 3 4

2 E mbedded Systems Paradigm Networking Technology Flexible and easily network integrated User getting closer to the device Connected to the Internet Remotely controlled Extensible and standard API Modularcomponents A Web access mechanism has itall Industrial Vs Internet... Powerline, RS45, RS232,CAN, 12C...IEEE 02.3,ARP, TCP/IP,HTTP Real-time Vs Online-time Reliability and efficiency Maintenance and support Proprietary Vs Open solutions Economical cost 5 6 New Devices - Advantages Conventional Web Server Standardized network access Standardized interface Modular API design Increased functionality Development low cost Large-scale production Functional characteristics are to serve Static content (pages/documents) Dynamic content (pages) as response to an URL. companies are now able to connectlarge-scale networks to embedded devices using and 16 bits microcontrollers such as 051-type. 7

3 ( ) Conventional Web Server ( ) Conventional Web Server Architecture key points: Simple I/O filesystem for storage Small memory footprint forsearch & replace HTTP com munication model to serve the content Me mory cache could be an advantage Virtual memory is not a requirement Simple processing unit forpage processing but whatifhost-type is embedded? File system is not supported Restricted co m m u nication model a possible solution Flash memory?! this describes the basic framework. Would itbe possible to host a Web server in an embedded 051-type architecture? type Implementation TCP/IP Stack -Limitations LAN controller (IEEE 02.3) MPU controller RJ45 connector(10/100 Mbps) HTTP/TCP/IP/ARP stack API Such as Cygnal C051F005 bits, 25 MIPS, 12 bita/d, 2.4 KB R A M, 32 KB Flash Crystal CS900A 16 bits, 4 KB R A M One receive and one transmitbuffer No reassembling offragmented IP frames T C P maximu m seg m ent advertise of 100 bytes Discard out-of-order TCP segments No supportfor IP type-of-service options No supportfor IP security options compatibility is achieved by implementing only the important parts ofthe protocols, but also due to the tolerance of other stacks

4 Sample W eb Page Web Server- Bench mark Servers response time comparison: 051-type embedded, Custom Web server -60 ms 100 MHz Pentium, Apache Web server -32 ms Client: 500 MHz Pentium, MicrosoftInternet Explorer 5.5, browser network delay -.5 m s Page Total = 7 K B H T M L tags = 0. KB JP E G image = 6.2 KB reference value of 100 ms/page for human consumption ( ) Web Server - Benchm ark ( ) Web Server - Benchm ark Task Search and replace tags Copy buffers Times Run 6 Time (ms) Description TCP/IP Web Page (plus image) HTTP Server Code Space (KB) Write to CS900A ARP 2.5 Parse incoming HTTP headers C Library 2.9 Compute checksums UDP 1.4 Read from CS900A TCP state machine Total Real Total = ms CS900AI/O R S-232 Analog Priority Task Switcher Total Server code = 22 KB, Page code = 7 KB 051 stil waits for a Pentium! 29 KB ofthe 32 K B Flash me m ory available

5 Sum mary Questions W eb technology in embedded devices is a requirement for Ease of use High volume production Standardized interface access Standardized network access Hardware technology was already invented such as 051-type Low cost Ease of integration Relatively high performance Redesign could be the real challenge... when TraditionalIndustry refuses continued innovation costs!? Thank you for your presence! 17 1

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