Linux_Apache2,StepMotor

이번 리눅스 실습을 통해서 Apache2(웹 서버)를 활용해 StepMotor를 제어해봤습니다. 이를 위해 우선 웹과 웹서버의 차이를 알아야합니다.

웹(Web)

• 일반적인 의미로는 "거미집 모양의 망"이라고 기술 할 수 있으며, 기술적인 의미로는 "인터넷 망 안에서 정보를 공유, 검색이 가능한 시스템"으로 인터넷에 연결된 사용자들은 서로 정보를 공유하며 우리는 이를 월드 와이드 웹(www)이라고 부릅니다.
• 웹을 지탱하고 구성하는 3가지 기술.
  • HTTP(통신규칙)
  • URI or URL(주소)
  • HTML(내용)

서버(Server)

• 네트워크를 통해 클라이언트에게 정보나 서비스를 제공하는 컴퓨터 시스템.

웹 서버(Web Server)

• 인터넷을 기반으로 클라이언트에게 웹 서비스를 제공하는 컴퓨터.

  클라이언트의 입장에서는 웹 서버에게 주소(URL)을 가지고 통신규칙(HTTP)에 맞게 요청하면 알맞은 내용(HTML)을 응답 받습니다.
  서버의 입장에서는 클라이언트의 요청을 기다리고, 웹 요청(HTTP)에 대한 데이터를 만들어서 응답합니다. 이 때 데이터는 웹에서 처리할 수 있는 HTML,CSS,이미지 등 정적인 데이터로 한정짓습니다.

우리또한 로컬 컴퓨터로 쉽게 웹 서버를 만들 수 있습니다. 무료로 공개된 Apache 웹 서버를 통해서 Port Number와 HTML파일 위치를 정해주면 전세계 사람들에게 웹 서비스를 제공할 수 있는 컴퓨터를 가질 수 있습니다.
하지만 웹 서버에서는 HTML,CSS,이미지 등 정적인 자료만 제공 할 수 있습니다. 예를 들면 무엇인가를 설명하기 위한 정보를 제공한다고 하면 설명의 내용을 모두 작성해놔야합니다. 이 설명의 내용이 길어지게 되면 직접 작성해야하므로 문제가 여간 까다로운것이 아니다.
다시 말해서, 웹 서버에서 브라우저에게 HTML을 주기 전에 어플을 돌려서 데이터를 만들고 그 데이터를 넣어 주면 간단하지만 HTML은 프로그래밍 언어가 아니기에 위 문제를 해결할 수 없습니다.
결국 요청에 따른 비지니스 로직 처리나 DB 연동 문제를 해결하기위해 등장한 것이 WAS입니다.

WAS ?

• Web Application : 웹에서 실행되는 응용 프로그램. 이를 활용해 어플리케이션을 통해서 HTML의 한계를 극복할 수 있게 됩니다.
• Web Application Server : 웹 어플리케이션을 실행시켜 필요한 기능을 수행하고 그 결과를 웹 서버에게 전달하는 일종의 중간다리 역할입니다. 이는 php,jsp,asp와 같은 언어들을 사용해 동적인 페이지를 만들어 낼수 있는 서버이며, 프로그램 실행 환경과 데이터베이스 접속 기능을 제공하며, 비지니스 로직 수행이 가능하고 웹 서버와 웹 컨테이너를 합친 형태입니다.

동작방식

웹 서버 종류

• Apache
• Microsoft IIS
• Ngnix

WAS종류

• 톰캣
• JEUS
• IBM WebSphere

Web Server와 Was 차이

• 웹 서버는 정적인 컨테츠만 제공 가능.
• WAS는 어플리케이션을 돌려서 DB를 연결하고 어떤 로직을 수행하여 만든 데이터를 전달할 수 있습니다.
• 정리하자면 "요청에 따라 변하는 정보를 제공할 수 있는가?"
  ※실습에서는 웹서버를 Apache2, WAS를 톰캣을 사용합니다!
  출저 : Borahm 님 Velog

학습내용

우선 Apache2를 라즈베리파이의 설치합니다.
그리고 Loop Back IP주소를 라즈베리파이의 인터넷 주소창에 입력하고 접속을 하면 라즈베리파이 가상환경에서 접속중인 Apache2의 화면에 접속할 수 있습니다. 그리고 내가 사용하고 있는 라즈베리파이의 IP주소를 Window의 Chrome을 통해 접속하면 라즈베리에서 접속중인 Apache2를 window에서도 접속할 수 있습니다.

CGI파일 및 권한설정

• CGI(common gateway interface) = 웹을 통해 HW개발 및 동작을 수행하기위해 필요한 인터페이스

  우리는 이 CGI파일을 사용해서 동적인 웹 페이지를 만든 뒤 웹 페이지에서 StepMotor를 제어해보는것이 목표입니다.
  이를 위해 우선 우리는 라즈베리파이에 존재하는 var/www/html 파일에 cgi-bin파일을 생성해 cgi파일들을 생성할 것 입니다.
  우리는 cig파일들을 라즈베리파이의 개발환경 "Genie"를 통해서 간편하게 수정하기 위해 권한 설정을 해줘야합니다. 이는 보안에 취약하기때문에 추후에 배포를 할 때에는 권한 설정을 재설정해줘야합니다.권한 설정을 편하게 하기위해서는 다음과 같은 명령어를 사용합니다.

html파일생성

• 다음 처럼 test.html을 만들어 저장을 하고, 2번째 사진처럼 윈도우의 ip주소의 옆에 test.html로 들어가게 되면 내가 저장한 test.html에 저장된 내용이 웹에 나타난다.
• hello.html

• hello.html으로 input버튼을 만들어준 화면에 입력버튼을 누르면 실행되는 html코드를 test.c로 만든 실행파일을 연결해주면 다음처럼 실행파일이 실행됩니다.

• 라즈베리파이의 dev 디렉토리에 있는 gpiomem의 권한을 수정해줍니다. 이는 gpio핀 권한을 수정해줘서 웹을 통해서 HW조절이 가능하도록 권한을 수정해주면 웹에서 submit를 하면 LED가 켜집니다.

• 다음과 같이 CGI명령어를 활용해 address와 querystring을 화면에 보여줄 수 있다.
  결과를 보면 주소가 변경되었음을 확인 할 수 있다. 입력창에 1234를 입력하고 submit버튼을 눌렀더니 다음과 같이 submit버튼이 눌렸고 입력(value)에는 1234가 입력되었음을 확인할 수 있다.

• 우리가 웹 사이트에서 input에 입력한 값을 사용해 HW를 제어하는데 보면 Query String의 값은 다음처럼 문자열로 나오는 것을 확인할 수 있습니다. 우리는 value(input)의 값만 사용하려면 아래와 같은 함수를 만들어 사용하면 input의 문자열 값을 정수형태로 변경하여 활용이 가능합니다. GetToken()함수를 이용해서 우리는 main함수에서 getenv()함수를 사용해서 웹 서버의 환경변수 값을 가져옵니다 이를 포인터를 사용해서 주소 값을 받아서 GetToken()에 넘겨주면 이 문자열의 길이 만큼 반복문을 실행합니다. 여기서 환경변수 값은 '='과 '&'로 값을 받거나 input명과 값을 같이 가져올 수 도 있습니다. 그러한 이유로 구분자를 구분하여 구분자와함께 값을 추출하거나 구분자 뒤의 값만을 추출하는 기능을 수행합니다.
  만약 내가 위의 "Query String : value=1234&button=submit"에서 "1234"를 추출한다면 i = 10일때 count가 증가하게될 것이다. 이때 GetToken()함수에서 n의 매개변수에 0을 입력했다면 우리는 받아온 환경변수의 '&' 기준으로 첫번째 값을 0번이라고 합니다. 그렇다면 0을 입력했다는 의미는 환경 변수 값의 가장 첫번째인 "value=1234"의 1234값이 필요하다는 의미입니다. 만약 이렇게 되면 else if문의(count == n+1)의 조건문에 만족하여 k 의 값은 10가 될 것이고. j = 0이므로 if(j)가 거짓이므로 j++는 실행되지 않습니다. 그리고 동적할당하여 크기를 정한 ret이라는 char배열에 받아온 환경변수 값의 문자열의 0번째 부터 10번째까지 ret 문자열 포인터에 할당됩니다. 그래서 결과적으로 "value=1234" 라는 결과가 출력됩니다.

결과

• ASCII코드를 정수로 변환하는 함수

StepMotor제어

• step모터의 3가지 구동방식을 함수로 설정하여 stepMotor 드라이버의 IN1 ~ IN4의 4가지의핀이 다음과같은 4bit로 step단계에 따라서 비트수를 다르게 하여 동작합니다. 이를 case문의 인수를 step으로 하고 step에 변화를 주면서 회전동작을 실행합니다.

  StepMotor 구동방식
  출처 : StepMotor 관련 내용

Apache2를 활용한 StepMotor제어

• StepMotor를 CGI(Apache2)를 사용해 웹에서 값을 줘서 동작을 하도록 실습했습니다. 이전 실습에서 사용한 cgi통신의 GetToken() 함수를 가져와서 사용했습니다. GetToken()함수는 QUERY_STRING으로 받아오는 값(문자열)을 값만 우리가 뽑아서 사용할 수 있게하는 함수입니다. 이 값은 문자열이므로 우리가 이전에 사용한 atoi()함수를 통해서 받은 문자열을 정수로 전환해주게되면(mode, msec_time) 그 값이 steps[mode - 1]에 들어가게 됩니다. StepMotor의 구동방식은 3가지가 존재합니다.그렇기 때문에 mode에는 1~3까지의 입력만 입력할 수 있기때문에 steps[0]~steps[2] 까지 4,4,8의 값이다 이는 wave, half에는 4개의 case만이 존재하고 half에는 8개의 case가 존재하기 때문에 다음과 같이 steps 배열을 사용한 것이다. 첫번째 반복문(for(int i = 0; i<steps[mode -1]; i++))에서는 선택된 mode의 case를 모두 실행시키도록 하기위한 반복문입니다(만약 Mode에 1을 할당한다면 steps[0], 즉 4만큼 반복문을 실행하고 1번 모드인 wave모드가 실행됩니다 wave모드는 4가지 case가 존재합니다!). 이 값은 우리가 CGI통신으로 값을 입력하면 StepMotor가 동작하고 StepMotor가 동작하는 while문은 millis() 함수를 통해서 라즈베리파이에 내장되어있는 m_sec카운터(m_counter)를 통해서 while반복문을 만나기전까지 시간을 total_time에 할당하고 while반복문을 만나기 전에 저장한 시간과 계속 카운트되는 millis()함수의 값을 빼서 CGI통신으로 웹에서 주는 시간의 값보다 작아지게 되면 while문을 빠져나오도록 하였습니다.

• 위의 과정을 거치면 웹서버에서 입력값을 주면 라즈베리파이에 연결한 StepMotor가 동작하는 것을 확인할 수 있습니다!

• 휴대폰으로 라즈베리파이의 IP에 접속하여 휴대폰에서 step모터를 제어하도록 하는 실습도 진행했습니다. 다만 교육장에서 라즈베리파이의 통신을 위해 사용되는 통신망을 사용하고 있기 때문에 휴대폰과 이 통신망을 와이파이를 통해 접속 을 한뒤 와이파이의 주소를 수동으로 IP주소를 입력해서 접속을 해야만 휴대폰에서 라즈베리파이의 동작을 수행할 수 있습니다. 이렇게 IOT관련 실습도 진행할 수 있었습니다