基于嵌入式Linux的用電信息采集終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法

孫明剛（積成電子股份有限公司，山東　濟(jì)南　250100）

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基于嵌入式Linux的用電信息采集終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法

孫明剛
（積成電子股份有限公司，山東濟(jì)南250100）

摘要：本發(fā)明公開(kāi)一種基于嵌入式Linux的用電信息采集終端使用內(nèi)存映射文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法，通過(guò)內(nèi)存映射函數(shù)mmap（Linux系統(tǒng)調(diào)用）將所需讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)映射到用戶進(jìn)程空間，以讀寫(xiě)內(nèi)存的形式訪問(wèn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)具有可將數(shù)據(jù)固化存儲(chǔ)、掉電不丟、讀寫(xiě)方便、性能優(yōu)越和節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux；用電信息；終端存儲(chǔ)

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及基于嵌入式Linux用電信息采集終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法。

二、背景技術(shù)

電力用戶用電信息采集系統(tǒng)（power userelectricenergydataacquiresystem）是對(duì)電力用戶的用電信息進(jìn)行采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的自動(dòng)采集、計(jì)量異常監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、用電分析和管理、相關(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設(shè)備的信息交互等功能。

用電信息采集終端（electricenergy dataacquireterminal）是對(duì)各信息采集點(diǎn)用電信息采集的設(shè)備，簡(jiǎn)稱(chēng)采集終端。可以實(shí)現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)雙向傳輸以及轉(zhuǎn)發(fā)或執(zhí)行控制命令的設(shè)備。用電信息采集終端按應(yīng)用場(chǎng)所分為專(zhuān)變采集終端、集中抄表終端（包括集中器、采集器）、分布式能源監(jiān)控終端等類(lèi)型。

采集終端因功能要求在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行頻繁讀寫(xiě)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：采集終端在每輪次抄表結(jié)束后會(huì)對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算并存儲(chǔ)，采集終端會(huì)每分鐘對(duì)各采集點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算并存儲(chǔ)，采集終端會(huì)每秒種讀取自身計(jì)量芯片數(shù)據(jù)計(jì)算、累加并存儲(chǔ)，采集終端會(huì)實(shí)時(shí)讀取脈沖表狀態(tài)并累加、存儲(chǔ)。

三、關(guān)于存儲(chǔ)、讀寫(xiě)此類(lèi)數(shù)據(jù)的方案

（一）存文件，將所使用的數(shù)據(jù)先緩沖在內(nèi)存中然后讀寫(xiě)完成后存入文件。數(shù)據(jù)存入文件可避免系統(tǒng)停電帶來(lái)的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，但讀寫(xiě)文件操作較為繁瑣、不能以操作字節(jié)的形式訪問(wèn)數(shù)據(jù)使用不便，且頻繁地讀寫(xiě)文件性能有限特別體現(xiàn)在大型文件的重復(fù)、隨機(jī)讀寫(xiě)上。

（二）增加硬件SRAM（掉電不丟內(nèi)存），可以以操作字節(jié)的形式訪問(wèn)數(shù)據(jù)，但需額外供電，采集終端的板載鋰電池一般設(shè)計(jì)壽命為5年，即使是壽命未到也存在電池自放電、批量質(zhì)量問(wèn)題造成SRAM供電電池失效導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，且使硬件意外地增加成本。

（三）編程到Flash，可以實(shí)現(xiàn)固化存儲(chǔ)不需額外供電，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，但Flash編程需專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)且需先擦除再寫(xiě)入，不能以操作字節(jié)的形式讀寫(xiě)，還需考慮Flash的損耗均衡以保證其讀寫(xiě)壽命。

四、發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可將數(shù)據(jù)固化存儲(chǔ)、掉電不丟、讀寫(xiě)方便、性能優(yōu)越的基于嵌入式Linux的用電信息采集終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：基于嵌入式Linux的用電信息采集終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法，包括如下步驟：

（一）確定所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，在進(jìn)程地址空間中定義內(nèi)存映射區(qū)的基地址，并定義用于存儲(chǔ)各數(shù)據(jù)的地址與基地址的相對(duì)偏移；比如需存儲(chǔ)1M的數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)分別為數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2、數(shù)據(jù)3.....數(shù)據(jù)256，每個(gè)占用4個(gè)字節(jié)，如果內(nèi)存映射區(qū)基地址為0xffff0000，則存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)的地址分別為數(shù)據(jù)1->0xffff0000，數(shù)據(jù)2->0xffff0004，數(shù)據(jù)3->0xffff0008......，則可如下定義：［0013］數(shù)據(jù)1：（基地址+0）；［0014］數(shù)據(jù)2：（基地址+4）；［0015］數(shù)據(jù)3：（基地址+8）；.....定義這些偏移是為了方便讀寫(xiě)各數(shù)據(jù)。

（二）根據(jù)步驟一中所需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度檢測(cè)待內(nèi)存映射文件的合法性，若文件合法則進(jìn)入步驟三；若不合法則根據(jù)所需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度創(chuàng)建文件并將文件內(nèi)容填充為零值再進(jìn)入步驟三。

（三）調(diào)用內(nèi)存映射函數(shù)mmap，建立與步驟二中的待內(nèi)存映射文件的映射，將內(nèi)存映射函數(shù)mmap返回地址賦予步驟一中定義的基地址。

（四）使用步驟一中定義的內(nèi)存映射區(qū)的基地址以及其他數(shù)據(jù)的相對(duì)偏移地址讀寫(xiě)所需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

內(nèi)存映射文件利用虛擬內(nèi)存把文件映射到進(jìn)程的地址空間中去，在此之后進(jìn)程操作文件，就像操作進(jìn)程空間里的地址一樣，比如使用memcpy等內(nèi)存操作的函數(shù)。這種方法能夠很好地應(yīng)用在需要頻繁處理一個(gè)文件或者是一個(gè)大文件的場(chǎng)合，這種方式處理IO效率比普通IO效率要高。Linux提供了內(nèi)存映射函數(shù)mmap，調(diào)用時(shí)指明待映射文件以及文件長(zhǎng)度即可返回映射內(nèi)存首地址，它把文件內(nèi)容映射到一段內(nèi)存上。通過(guò)對(duì)這段內(nèi)存的讀取和修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的讀取和修改。

根據(jù)所需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度確定所需映射內(nèi)存的長(zhǎng)度，同時(shí)也決定了待內(nèi)存映射文件的大小。所述步驟二中檢測(cè)待內(nèi)存映射文件合法性的條件還包括文件的起始字節(jié)及文件的結(jié)束字節(jié)。

本發(fā)明公開(kāi)一種基于嵌入式Linux的用電信息采集終端使用內(nèi)存映射文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法，通過(guò)內(nèi)存映射函數(shù)mmap （Linux系統(tǒng)調(diào)用）將所需讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)映射到用戶進(jìn)程空間，以讀寫(xiě)內(nèi)存的形式訪問(wèn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)具有可將數(shù)據(jù)固化存儲(chǔ)、掉電不丟、讀寫(xiě)方便、性能優(yōu)越、節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)。

五、本發(fā)明具備的有益效果

（一）無(wú)需增加硬件節(jié)約成本，并增加可靠性；

（二）數(shù)據(jù)讀寫(xiě)可以以操作內(nèi)存的形式進(jìn)行；

（三）實(shí)現(xiàn)固化存儲(chǔ)，系統(tǒng)掉電后無(wú)需電池供電以保存數(shù)據(jù)；

（四）無(wú)需考慮存儲(chǔ)器件的磨損均衡；

（五）無(wú)需考慮存儲(chǔ)器件的讀寫(xiě)次數(shù)；

（六）無(wú)需專(zhuān)用存儲(chǔ)器件的讀寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序、可移植性高。

內(nèi)存映射文件性能優(yōu)勢(shì)：正常的系統(tǒng)IO讀寫(xiě)需要兩次傳輸一次是在文件和內(nèi)核高速緩沖區(qū)之間，另一次在高速緩沖區(qū)和用戶空間緩沖區(qū)之間。使用內(nèi)存映射函數(shù)mmap就無(wú)需第二次傳輸了，對(duì)于輸入來(lái)講，一旦內(nèi)核將相應(yīng)的文件塊映射進(jìn)內(nèi)存之后用戶進(jìn)程就能夠使用這些數(shù)據(jù)了。對(duì)于輸出來(lái)講，用戶進(jìn)程僅僅需要修改內(nèi)存中的內(nèi)容，然后可以依靠?jī)?nèi)核管理器來(lái)自動(dòng)更新底層的文件。除了節(jié)省了內(nèi)核空間和用戶空間之間的一次傳輸之后，內(nèi)存映射函數(shù)mmap還能夠通過(guò)減少所需使用的內(nèi)存來(lái)提升性能。

圖1

圖2

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的流程圖，圖2為本發(fā)明的原理示意圖。

參考文獻(xiàn)

［1］張鐘玲.用電信息采集系統(tǒng)功能及技術(shù)應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（31）：47-48.

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A