在 8 位微控制器上托管网站：极简网络课程

在现代云计算的世界里，服务器以数千个核心和太字节（TB）级别的 RAM 为衡量标准，而在做完全相反的事情时，会有一种颠覆性的乐趣。正如作者所言，在 8 位微控制器上托管网站是一件“愚蠢的事情”，但它是一堂理解互联网协议栈基础层的绝佳课程。

这个项目证明了，只要具备一定的创造力并愿意实现遗留协议，你就能将一个 1 美元的芯片变成一个功能齐全（尽管速度很慢）的 Web 服务器。

硬件：AVR64DD32

这个项目的核心是 AVR64DD32，它是 AVR DD 系列的一员。虽然它与 Arduino 板上随处可见的 Atmega328 类似，但 DD 系列在内存方面提供了更高的性价比，并且拥有更精简的外设。

技术规格：

  • CPU: 单核 8 位 AVR @ 24 MHz
  • RAM: 8 kB
  • Flash: 64 kB
  • EEPROM: 256 bytes
  • Voltage: 1.8 - 5.5 Volts
  • Cost: ~$1

解决连接问题

将微控制器连接到互联网面临着一个巨大的瓶颈：速度。标准的以太网 (10BASE-T) 运行在 10 Mbps，并使用 Manchester 编码，这意味着线路实际看到的速率是 20 Mbps。对于一个运行在 24 MHz 的 8 位 AVR——其 IO 引脚上限为 12 MHz——通过软件生成这种信号实际上是不可能的。

该项目没有依赖专门的以太网芯片，而是利用了在 RFC 1055 中定义的 Serial Line Internet Protocol (SLIP)。SLIP 是一种遗留标准，旨在通过串口链路运行网络，在拨号上网时代非常有名。

SLIP 的工作原理

SLIP 非常简单。它将数据包封装在 0xC0 字节中。为了处理包含 0xC0 字节的数据，它使用转义序列：0xDB 0xDC。同样，任何现有的 0xDB 字节都会被替换为 0xDB 0xDD。

在主机端，可以使用 slattach 命令轻松地将 USB 转串口适配器转换为网络接口，从而在现代 Linux 机器上实现：

stty -F /dev/ttyUSB0 115200 raw cs8
slattach -m -F -L -p slip /dev/ttyUSB0

实现网络协议栈

在建立物理链路后，微控制器仍需理解如何进行通信。这需要实现 IP 和 TCP 层。

IP 层

实现 IPv4 出奇地简单，因为现代操作系统已在很大程度上禁用了数据包分片。MCU 只需要交换接收到的数据包的源地址和目的地址以生成响应头，并重置生存时间 (TTL) 计数器。

TCP 层

TCP 是复杂性所在。与 IP 不同，TCP 是有状态的。微控制器必须跟踪连接状态，处理丢失数据包的定期重传，并管理众多边缘情况以确保可靠交付。

HTTP 层

为了节省资源，作者绕过了完整的 HTTP 实现。相反，服务器被编程为：只要网站上只有一个 URL，无论请求是什么，它都会发送一个硬编码的响应。

路由与公共访问

由于 MCU 缺乏公网可路由的 IPv4 地址且位于 NAT 之后，作者采用了混合路由策略：

  1. WireGuard: 在本地 Linux 路由器和数据中心的一台 VPS 中创建了一个虚拟网络链路。
  2. Reverse Proxy: VPS 被配置为代理特定路径（例如 /mcu）下的请求到 MCU 的本地地址块。

这种设置保护了 MCU 脆弱的 TCP/IP 协议栈免受互联网开放环境的直接暴露，否则考虑到串口连接的“拨号”速度，这很容易受到 DDoS 攻击。

用户体验

其结果是一个能唤起怀旧感的网站。由于带宽非常有限，页面的加载方式反映了早期互联网时代的特征。正如一位观察者所言：

"I love how I can see the HTML being streamed onto the 页面上实时流式传输，就像拨号上网的旧时光，图片从上到下逐渐渲染的场景。"

通过剥离现代 Web 开发的抽象层，这个项目突显了互联网核心协议的优雅，以及我们已经习惯于将其视为标准的庞大开销。

Sources