工業(yè)控制系統(tǒng)中嵌入式數(shù)據(jù)庫的運用

祖利輝

摘要：嵌入式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用范圍比較廣泛，文章對嵌入式數(shù)據(jù)庫的環(huán)境開發(fā)進(jìn)行分析，同時介紹其主要的構(gòu)成模塊，并對各模塊的作用進(jìn)行分析。與此同時，從技術(shù)優(yōu)勢、任務(wù)功能執(zhí)行、其他功能三個角度入手，對嵌入式數(shù)據(jù)庫在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng);嵌入式數(shù)據(jù)庫;編程語言

0 引言

嵌入式技術(shù)發(fā)展速度比較快，為嵌入式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用創(chuàng)造良好條件，與將其運用到工業(yè)控制系統(tǒng)中，可提高工業(yè)生產(chǎn)控制效果。與My SQL通用數(shù)據(jù)庫不同，不僅能夠在嵌入式硬件上運行，同時也可在多種移動設(shè)備上運行。從目前實際應(yīng)用層面看，依托于SQLite的嵌入式數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集、查詢及存儲等功能，不僅能夠發(fā)揮組織內(nèi)部數(shù)據(jù)的功能，還能進(jìn)一步確保數(shù)據(jù)的使用效率，提高數(shù)據(jù)通信有效性。與此同時，通過嵌入式數(shù)據(jù)庫的運用，還能為工業(yè)控制系統(tǒng)多種功能的拓展提供一定便利，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

1 環(huán)境開發(fā)

對于嵌入式系統(tǒng)，其主要采用的編程語言包括Visual C++、C語言等，硬件設(shè)備則包括 微處理器、I/O通信板卡、ARM 單片機(jī)等，是集成化程度比較高的資源共享系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行多種處理，如采集、保存、運輸?shù)取⑸鲜鲇布O(shè)備應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，同時配合使用數(shù)據(jù)庫信息管理技術(shù)，能夠為開發(fā)出基于數(shù)據(jù)管理的算法控制指令以及程序功能，從而保證通信設(shè)備結(jié)構(gòu)、外部網(wǎng)絡(luò)傳感器之間的互聯(lián)互通，從而更好的響應(yīng)用戶需求[1]。通過上述分析認(rèn)為，在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中，要關(guān)注數(shù)據(jù)庫信息管理模塊的運行環(huán)境，從而及時掌握整個控制系統(tǒng)計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備之間是否正確連接，分析連接狀態(tài)，從而使其更加滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，在特定環(huán)境中發(fā)揮重要作用，該系統(tǒng)運行環(huán)境特征主要包括：

（1）移動設(shè)備連接環(huán)境：要想充分保證嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)揮自身作用，需要“信息管理模塊”的支持，并且將其與移動設(shè)備、計算機(jī)等進(jìn)行連接。為此在開發(fā)設(shè)計時要構(gòu)建設(shè)備連接環(huán)境，從使用情況看，移動設(shè)備連接環(huán)境不占有太多空間，僅通過API 函數(shù)以及HTTP接口就可以實現(xiàn)，一定程度上簡化了連接條件，為系統(tǒng)提供信息服務(wù)支撐[2]。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境：基于嵌入式數(shù)據(jù)庫的工業(yè)控制系統(tǒng)，其對于網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境的要求主要為提供對稱性通信環(huán)境，這是因為嵌入式數(shù)據(jù)庫要想最終的數(shù)據(jù)共享，需要保證數(shù)據(jù)組織、傳輸?shù)膶崟r性，因此在開發(fā)信息管理模塊運行環(huán)境時，要關(guān)注后臺數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與用戶端的連接。對稱的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境設(shè)計，能夠確保嵌入式數(shù)據(jù)庫上行和下行通信載體為同一個寬帶，并對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與移動設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)延遲情況加以規(guī)范和控制，使數(shù)據(jù)共享功能更加完善，提高數(shù)據(jù)處理速度，實現(xiàn)安全存儲。

2 組成模塊

嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成比較復(fù)雜，主要包括嵌入式數(shù)據(jù)庫、主數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、同步服務(wù)器、 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、連接網(wǎng)絡(luò)等。

（1）嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與主數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、同步服務(wù)器之間一般是獨立的模塊，各組成模塊正確連接后，即可對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，不僅能夠提高數(shù)據(jù)收集的效率，還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，然后傳輸，確保數(shù)據(jù)安全儲存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享等。同時，利用同步服務(wù)器連接主數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，接收主數(shù)據(jù)庫所下達(dá)的操作指令，并予以相應(yīng)，從而實現(xiàn)信息的同步[3]。

（2）同步服務(wù)器：其主要作用在于發(fā)揮“樞紐”作用，保證其他模塊的連接，同時也能夠確保數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）的實時同步。不僅如此，通過同步服務(wù)器，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移和歸檔，保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和信息的一致性。

（3）主數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：設(shè)置該系統(tǒng)的主要目的在于利用數(shù)據(jù)服務(wù)器自身所具備的功能模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，如數(shù)據(jù)存取、信息驗證、數(shù)據(jù)歸檔等。My SQL、Sybase以及Oracle等均是比較典型的主數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

（4）通信網(wǎng)絡(luò)：嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中各組成部分通常采用過一定的網(wǎng)絡(luò)連接裝置，通過通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)計算機(jī)、移動設(shè)備與服務(wù)器的連接[4]。一般來說，嵌入式數(shù)據(jù)庫通信網(wǎng)絡(luò)需要借助無線局域網(wǎng)、紅外裝置以及通用串行總線等發(fā)揮功能。

3 嵌入式數(shù)據(jù)庫在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1技術(shù)優(yōu)勢

基于嵌入式數(shù)據(jù)庫的信息管理模塊，在實際應(yīng)用過程中，其技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院鸵恢滦砸约疤岣邤?shù)據(jù)安全。

（1）數(shù)據(jù)傳輸一致性：在嵌入式數(shù)據(jù)庫中，用于同步服務(wù)器和移動終端的連接，需要保持高度的一致性，才能確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。為確保數(shù)據(jù)通信環(huán)境的安全和高效創(chuàng)建，需要分布式數(shù)據(jù)共享的支持，同時利用特定算法，使其具有高帶寬、低延遲的特點。用戶在此基礎(chǔ)上訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的相應(yīng)服務(wù)器，對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。在這個過程中，主要是利用協(xié)調(diào)傳輸協(xié)議來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恢滦浴?/p>

（2）數(shù)據(jù)處理更高效：在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或信息事務(wù)請求時，如果采用嵌入式數(shù)據(jù)庫，會顯著提升事務(wù)處理效率，這是因為嵌入式數(shù)據(jù)庫能夠結(jié)合數(shù)據(jù)傳送、接收的實時順序，確定好數(shù)據(jù)信息事務(wù)請求信息的優(yōu)先級。例如，對于信息事務(wù)（小范圍空間），采用嵌入式數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)會優(yōu)先處理網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度更快的請求，根據(jù)實際需要，智能化決定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移、存儲等[5]。除此之外，嵌入式數(shù)據(jù)庫還能根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸量確定如何操作，如上載及下載操作，并且記錄整個過程，根據(jù)記錄結(jié)果，最后用日志文件形式加以存儲。

（3）提高數(shù)據(jù)安全性：手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)等均屬于嵌入式設(shè)備，其使用過程中往往存在小范圍移動性，也就是非固定的工作環(huán)境，一定程度上會增加潛在的運行風(fēng)險。SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)系統(tǒng)中不同種類數(shù)據(jù)資源管理的關(guān)鍵，不僅對外部用戶系統(tǒng)訪問權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時限制數(shù)據(jù)信息存取。對于移動用戶終端，SQLite數(shù)據(jù)庫能夠及時認(rèn)證訪問權(quán)限、加密數(shù)據(jù)等，防止數(shù)據(jù)被篡改，也避免數(shù)據(jù)丟失，最大程度上保證數(shù)據(jù)的安全性。

3.2任務(wù)功能執(zhí)行

基于SQLite技術(shù)的嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)運行效率，該系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)時，主要分為兩個方面，一是對前端任務(wù)響應(yīng)準(zhǔn)確分析，二是對后端程序的調(diào)用。

（1）前端任務(wù)相應(yīng)分析：系統(tǒng)在對前端任務(wù)的響應(yīng)情況進(jìn)行分析時，需要配合預(yù)處理器的使用，兩者協(xié)同完成“SQL語句”的收集，并對“SQLite命令”代碼進(jìn)行識別，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，為后端應(yīng)用提供方便。在此過程中，要利用“HTMLPasser”來對“SQL語句”字節(jié)進(jìn)行獲取，以“字符串”形式予以標(biāo)記，最終生成編碼字節(jié)，執(zhí)行虛擬機(jī)任務(wù)。

（2）后端程序調(diào)用：嵌入式數(shù)據(jù)庫主要是通過數(shù)據(jù)處理任務(wù)的執(zhí)行來實現(xiàn)后端程序調(diào)用的，包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗^程。在對后端程序進(jìn)行調(diào)用時，利用SQLite技術(shù)，數(shù)據(jù)庫會形成“B/B+樹”數(shù)據(jù)存儲模塊。也就是說，對數(shù)據(jù)元組集進(jìn)行科學(xué)排列，構(gòu)建樹狀結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)信息、索引等相關(guān)內(nèi)容存儲在結(jié)構(gòu)域中。與此同時，嵌入式數(shù)據(jù)庫磁盤中，基于SQLite關(guān)系的系統(tǒng)，具有頁面調(diào)度功能，能夠及時調(diào)用樹形結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)、信息、資料、文件。針對某個移動端的訪問進(jìn)行及時響應(yīng)，突出不同數(shù)據(jù)的屬性[6]。此外，后端程度調(diào)用功能還能提供相對統(tǒng)一的接口，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)共享。

3.3其他功能執(zhí)行

移動客戶端（外部）在進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問時，可實現(xiàn)平行讀取，這是因為嵌入式數(shù)據(jù)庫具有多進(jìn)程特征，同時兼顧多線程特點。經(jīng)過上述處理后，數(shù)據(jù)讀取的效率會明顯提高，為工業(yè)控制系統(tǒng)自由讀取數(shù)據(jù)提供有力支持。

結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段嵌入式數(shù)據(jù)庫大量運用，更具 SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)中，對于SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫而言，其使用優(yōu)勢比較多，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺，還具有易移植性，能夠?qū)崟r進(jìn)行交互，從而滿足用戶動態(tài)管理需要。文章結(jié)合實踐工作經(jīng)驗，提出嵌入式數(shù)據(jù)庫在工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，并且基于SQLite技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，從而進(jìn)一步對工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善。在具體實踐中，不僅要滿足用戶對自動控制系統(tǒng)的實際需要，也要對嵌入式數(shù)據(jù)庫程序的響應(yīng)時間加以關(guān)注，不斷提升運行效率，并且對成本進(jìn)行控制，為工業(yè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行發(fā)揮更多實際作用。

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