Chạy website từ vi điều khiển giá chỉ 1 đô la: Điên rồ nhưng khả thi

Giá dịch vụ lưu trữ web (web hosting) ngày càng tăng khiến bạn đau đầu? Có lẽ bạn nên cân nhắc việc phục vụ trang web của mình từ một vi điều khiển 8-bit giá rẻ chỉ một đô la.

Tất nhiên, bạn sẽ không thể phục vụ một trang web đồ họa cao cấp hay hiệu suất mạnh mẽ bằng dự án này của Maurycyz - một nhà phát triển và blogger người châu Âu. Cấu hình này bị giới hạn ở một URL duy nhất, nhưng điều đáng kinh ngạc là nó thực sự hoạt động, miễn là lượng truy cập đột biến chưa làm "gục" trang web này.

Phần cứng giá rẻ nhưng có hạn

Vi xử lý đóng vai trò trung tâm trong dự án này là con chip AVR64DD32, hiện đang được bán lẻ với giá khoảng 1,30 USD tại DigiKey. Đây là một con chip 8-bit với nhân AVR duy nhất, tốc độ xung nhịp tối đa "khủng khiếp" đạt 24 MHz. Nó sở hữu 8 KB RAM tĩnh, 64 KB bộ nhớ flash và 256 byte EEPROM để lưu trữ một lượng dữ liệu rất nhỏ.

Việc phục vụ một trang web từ một con chip có phần cứng khiêm tốn như vậy là một thách thức không nhỏ, và Maurycyz đã phải làm rất nhiều việc chuẩn bị để mọi thứ hoạt động trơn tru.

Thách thức về kết nối mạng

Các chân I/O trên con AVR này có tốc độ tối đa là 12 MHz. Maurycyz giải thích rằng điều này đồng nghĩa với việc việc sử dụng Ethernet là bất khả thi, vì tốc độ dòng dữ liệu từ kết nối Ethernet cơ bản đã cũ là 10BASE-T vẫn quá nhanh đối với chip này.

"10BASE-T vẫn chạy ở tốc độ 10 megabit/giây," Maurycyz viết. "Điều tồi tệ hơn là nó sử dụng mã hóa Manchester: số không được gửi dưới dạng '10' và số một là '01', nên 10 megabit dữ liệu thực tế là 20 megabit trên dây dẫn."

Giải pháp đúng đắn trong trường hợp này là mua một chip Ethernet chuyên dụng từ DigiKey, nhưng như thế thì anh ấy sẽ phải mất vài tuần để hoàn thành dự án. Thay vì chờ đợi, Maurycyz quyết định đi theo hướng khác bằng cách sử dụng giao thức Serial Line Internet Protocol (SLIP), tương tự như người đã biến một điếu thuốc lá điện tử bỏ đi thành máy chủ web vào năm ngoái.

Đối với những người chưa quen thuộc, SLIP là một giao thức 38 năm tuổi được thiết kế để đóng gói lưu lượng IP để truyền qua các đường dẫn nối tiếp. Giao thức này từng được sử dụng rộng rãi để thiết lập kết nối Internet trong ngày xưa và vẫn được hỗ trợ trong các bản dựng Linux hiện đại nhờ kích thước nhỏ gọn và tính năng thường dùng để kết nối vi điều khiển với Internet.

Tối ưu hóa TCP và HTTP

Việc cấp quyền truy cập Internet cho AVR chưa giải quyết được vấn đề khó khăn hơn là thực sự phục vụ trang web cho người truy cập. Maurycyz cho biết con chip có thể tạo ra các gói phản hồi bằng cách hoán đổi địa chỉ nguồn và đích trên lưu lượng truy cập đến và đặt lại giá trị TTL của gói tin, nhưng việc triển khai TCP vẫn mất vài ngày làm việc.

Xử lý HTTP được đơn giản hóa bằng cách trả về một phản hồi được lập trình sẵn (hardcoded) cho mọi yêu cầu. Cách này hoạt động tốt miễn là trang web chỉ phục vụ một URL duy nhất.

"Điều này hoạt động tốt miễn là chỉ có một URL duy nhất trên trang web," Maurycyz nói. Điều này có lẽ sẽ làm thất vọng những ai muốn lưu trữ nhiều trang web hơn từ con vi điều khiển 1 USD này.

Cuối cùng, Maurycyz cũng phải tìm cách nhận yêu cầu từ Internet đến vi điều khiển mà không phải bỏ tiền mua địa chỉ IP định tuyến công cộng. Vấn đề này đã được giải quyết bằng cách sử dụng WireGuard để kết nối vi điều khiển đặt tại nhà của anh ấy với một máy công khai tại trung tâm dữ liệu ở Helsinki. Máy chủ này sau đó đóng vai trò là trung gian (proxy) gửi yêu cầu đến vi điều khiển bằng khối địa chỉ cục bộ.

"Điều này có nghĩa là người truy cập không kết nối trực tiếp với ngăn xếp TCP/IP của MCU... nhưng không sao, đây là cấu hình giống như Vape Server sử dụng và không ai phàn nàn cả," Maurycyz chia sẻ. Mọi thứ đều hoàn tất mà không cần phải mua điếu thuốc lá điện tử hay lục lọi thùng rác để tìm một cái cũ.

Mã nguồn và tệp nhị phân được xây dựng sẵn đều có sẵn trên trang web của Maurycyz dành cho những ai muốn tự tay thử nghiệm thí nghiệm thú vị này.