基于嵌入式的数据库设计

2015-05-04李少雄

科技创新与应用 2015年13期

摘要：文章提出了基于嵌入式的简单数据库设计。设计了以S3C2440A微处理器作为数据库数据采集的硬件控制核心，然后指出了嵌入式下数据库的需求特点，对在ARM-Linux下的SQLite数据库的体系进行分析，再结合ARM-Linux开发板给出了如何实现SQLite数据库的具体方法。

关键词：嵌入式；SQLite数据库；ARM-Linux开发平台

引言

现有的RTU多基于ARM7开发板上的程序植入和数据库管理，对于多线程的数据管理，以及种类繁多的第三方数据接口，显得力不从心。本课题拟在ARM9处理器上进行数据库的建立，对底层的数据采集，并对采集数据进行历史保留和远程管理。其中，数据库的建立运用可基于嵌入式系统的小型数据库SQlite，SQLite是一款嵌入式数据库，没有独立运行的进程，在所服务的应用程序在应用程序进程空间中是共同存在的。它与应用程序的代码也是一起的，作为它所服务程序的一部分，同时提供了丰富的数据库接口；而对数据采集，则由底层设备驱动程序完成。

1 数据库数据采集的硬件平台设计

为了实时的对现场数据的采集和传输，我们采用功能强大的ARM9作为主控处理器，外接相关功能模块，在ARM9处理器上嵌入Linux操作系统，其强大的多任务和多线程以及设备独立性能够较好的发挥ARM9强大的控制功能。

现场数据采集主要由：数字量输入、输出模块、模拟量输入模块组成。数字量输入模块将外部采集的数据经过处理输入到ARM9处理器；模拟量输入模块采集外部输入的模拟量；数字量输出模块采集主控处理器的输出量。如图1所示。

图1 硬件系统主要构成图

数据的存储和传输部分主要包括S3C2440A微处理器、存储器模块、数据通信模块、RS458模块、以太网模块、无线功能模块等。该处理器是基于ARM920T核心的16/32位的精简指令集（RISC）微处理器，S3C2440A为手持设备和一些小型应用提供了低耗能、低价格、高性能提供了一个绝佳的选择。它采用了新的总线结构AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture），这一结构具有独立的16KB指令缓存和16KB数据缓存，每个都是由8字长的行组成。因为它具有一套完整的系统外设，S3C2440A降低了整体的系统成本并且不需配置另外的组件。这部分的主要功能是对现场采集数据进行处理、存储和显示，之后通过网络把所采集的数据上传到远程的PC机网页上。远程的PC机主要负责的功能是对所上传的数据进行监测、分析、处理。必要时对采集终端进行控制。

2 Linux下的数据库的应用

基于Linux系统下的数据库数不胜数，大型应用于商业开发的数据库有Sybase、Empress、Oracle、Informix等，小型数据库常用的有mSQL、MySQL、Sqlite等等。应用于商业开发的大型数据库一般价格高昂并且体积庞大，不符合嵌入式下数据库要求。在小型数据库中MySQL虽说在保持体积较小的情况，提供了足够的应用与一般开发的功能，但是在应用于商业用途也要收费。mSQI具有嵌入式开发的条件，但是由于它并非完全开源的代码，在使用期限上不符合本设计的要求。余下的开放源码数据库中，除了占用空间较大以外，学习难度也比较大，如果非要采用的话必然会加大开发成本。

SQLite支持大部分的SQL的语句，采用单文件存放数据库，存储速度也快，在操作语句上与关系数据库类型更加接近，最重要的是它的代码使完全开源的，不用收费。基于SQLite的设计理念，虽然相较与商业用途的大型数据库在功能上有所不足，但是在开源组织的日渐完善下差距逐渐缩小。在应用上如果不需要存储过程或者复杂的表之间的关联的话，SQLite是个非常好的平衡点。

3 SQLite的体系结构以及在Linux平台上的开发技术

3.1 SQLite的体系结构

SQLite有一套简洁的、模块化的体系结构，并引进了一些方法进行有关关系型数据库的管理。SQLite的体系结构由3个子系统和8个独立模块组成，如图2所示，它显示了SQLite的主要成分及各成分之间的关联，其中有一些相当接近于关系数据库管理。

图2 SQLite的体系机构

接口位于整个结构的顶端，由SQLite C API组成。所有与SQLite交互的程序和库文件都是通过接口进行的。Tokenizer（词法分析器）和Parser（语法分析器）协同对文本形式的查询语言进行分析，验证其语法的有效性，然后转化成底层能更容易处理的层次化数据结构。这个结构的中心部分便是数据库引擎VDBE（Virtual DataBase Engine）。VDBE在字节码上工作，区别于顶层操作系统、系统体系结构和CPU。B-tree、page cache（页缓存）、操作系统接口组成了整个后端。B-tree和pager作为信息代理，他们并不知道信息内容，只是对这些信息进行移动和排列。

3.2 SQLite在ARM上的实现

SQLite嵌入式数据库的代码使开源的，根据不同需求的硬件平台，对源码进行交叉编译即可实现移植。在上的编译过程主要有以下几个步骤：

解压sqlite压缩文件

tar -zvxf sqlite-autoconf-3071300.tar.g

得到文件sqlite-autoconf-307130

进入sqlite-autoconf-3071300目录

[root@localhost ～]# cd /home/sqlite-autoconf-3071300/

配置

[root@localhost sqlite-autoconf-3071300]# ./configure

编译

[root@localhost sqlite-autoconf-3071300]# make

安装

[root@localhost sqlite-autoconf-3071300]# make install

默认安装路径为/usr/local/及系统标准目录

头文件 sqlite3.h sqlite3ext.h安装在 /usr/local/include下

以及头文件标准目录 /usr/include下

库文件

libsqlite3.a libsqlite3.so.0.8.6 libsqlite3.so.0 libsqlite3.so

安装在/usr/local/lib目录下并且共享库文件libsqlite3.so libsqlite3.so.0 libsqlite3.so.0.8.6安装在系统库文件标准目录/usr/lib下，可执行文件sqlite3安装在/usr/local/bin目录下以及系统可执行标准目录/usr/bin下，帮助文档man安装在/usr/local/share目录下。

修改Makefile文件：

将代码行BBC=arm-linux-gcc-g-02改成BBC=gcc-g-02。用make生成sqlite、libsqlite.a和libsqlite.so。为了减小执行文件大小可用strip处理，去掉其中的调试信息。

在ARM板上运行SQLite：

将SQLite下载到ARM板的/tmp目录，修改权限并运行：

chmod +wx sqlite

./sqliteest.sqlite

会出现：

sqlite>

如果一切正常，SQLite已经在ARM-Linux下正常运行，然后就可以基于此进行数据库数据的远程处理。

4 结束语

该远程数据库的设计，可以提高现阶段RTU在ARM7开发板上的历史数据存储和数据借调的缺点，在分析对比了各数据库在嵌入式下的表现，选取了比较符合需求的SQLite数据库，并且完成了在ARM-Linux下的编译以及开发工作。实践证明，基于ARM9的数据库设计可以完成对数据采集更多的需求。

参考文献