實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其在有軌電車弱電集成系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔣 帥 趙欣煬 鄭耀星 張熙林

1．西京學(xué)院，陜西 西安 710000；

2．山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 陽(yáng)泉 045000

對(duì)于組態(tài)軟件來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是組成它的重中之重，它能夠在第一時(shí)間獲取現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，有了它就意味著控制系統(tǒng)有了一個(gè)正常工作的基本前提。對(duì)于傳統(tǒng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的多少，其準(zhǔn)確率的高低，都是評(píng)判一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，因此“實(shí)時(shí)性”的概念就會(huì)相對(duì)應(yīng)的弱化。而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的概念正好可以彌補(bǔ)這一缺陷，但設(shè)計(jì)這種概念也正是重難點(diǎn)。

一、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

所有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，都有其在現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)應(yīng)的映射，所以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)要根據(jù)外部的變化而實(shí)時(shí)更新。此外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中普遍的事物都存在著競(jìng)爭(zhēng)與共享兩種關(guān)系，其中包括硬盤的存儲(chǔ)空間，CPU 運(yùn)行時(shí)間以及數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種數(shù)據(jù)等等。這種競(jìng)爭(zhēng)式的資源共享也引起了許許多多的麻煩。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用的并發(fā)控制技術(shù)為鎖式控制協(xié)議，不僅是因?yàn)樵趯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)以軟實(shí)時(shí)事物為主，故障處理事務(wù)只是偶爾出現(xiàn)，而且還是由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部資源十分有限造成的。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口溝通了用戶程序與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的聯(lián)系，它使得用戶可以直接對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。具體方式為向用戶提供一組函數(shù)的集合，這組集合預(yù)先被設(shè)定了其被調(diào)用的規(guī)則，接口函數(shù)所提供的這組函數(shù)集合可以被直接調(diào)用的這一特點(diǎn)，使研發(fā)人員在開發(fā)新的用戶程序時(shí)的效率得到極大地提高。另外，由于Windows 系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件在被程序調(diào)用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)被多個(gè)用戶程序同時(shí)調(diào)用的情況，所以在動(dòng)態(tài)連接庫(kù)中只需置入一次內(nèi)存就可以達(dá)到共享的目的，這種方法對(duì)于節(jié)省內(nèi)存資源十分有效，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中接口函數(shù)被用戶程序調(diào)用時(shí)將會(huì)以動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式出現(xiàn)。接口函數(shù)中大部分都含有一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，并且具有返回值類型。接口函數(shù)內(nèi)部會(huì)檢查參數(shù)的正確性，返回值表示接口函數(shù)執(zhí)行正確與否，如果接口函數(shù)執(zhí)行出現(xiàn)錯(cuò)誤，接口函數(shù)返回值會(huì)返回錯(cuò)誤信息，用戶調(diào)用程序通過(guò)檢查接口函數(shù)返回值判斷函數(shù)是否能夠成功執(zhí)行。

二、系統(tǒng)的應(yīng)用

截至現(xiàn)在，中國(guó)國(guó)內(nèi)的鐵路線路大部分使用適度集成的模式來(lái)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，行車調(diào)度和綜合監(jiān)測(cè)等處于行車過(guò)程中安全考慮的系統(tǒng)出于一些比較特殊的需求，依舊建議單獨(dú)設(shè)立。這樣做最大的缺點(diǎn)就在于，整合系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的高效率互動(dòng)將會(huì)變得十分困難。倘若在列車行駛過(guò)程中發(fā)生了某些故障，系統(tǒng)之間的反應(yīng)聯(lián)動(dòng)速度緩慢就會(huì)給軌道交通帶來(lái)極大的運(yùn)營(yíng)管理困難。如果想要在一個(gè)可以整合全部系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺(tái)上，對(duì)整座列車以及其動(dòng)力及機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的話，那么一個(gè)可以溝通系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備與用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面的紐帶將是必不可少的。組態(tài)軟件具有可以多變地創(chuàng)造質(zhì)量較高的用戶開發(fā)界面，并且也可以兼容多種常見(jiàn)通信協(xié)議以及工業(yè)的控制設(shè)備。此外，它還可以將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)起來(lái)，以此達(dá)到為控制層和管理層提供硬件和軟件所有接口的目的。由此可見(jiàn)，通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行弱電集成系統(tǒng)的開發(fā)是極佳的決定。

通過(guò)聯(lián)系有軌電車弱電集成系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)，歸納整合得出一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的具體數(shù)據(jù)模型。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能模塊及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并且通過(guò)運(yùn)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)以及面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)的這種方法，為提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)接口函數(shù)做出了很大的貢獻(xiàn)。對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中由于多個(gè)事務(wù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)共享資源，以至于引起沖突的問(wèn)題，一般使用鎖式并發(fā)控制技術(shù)來(lái)解決。經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)2PL 算法與優(yōu)先級(jí)2PL 的算法進(jìn)行一系列比較之后，發(fā)現(xiàn)使用2PL—HP 算法相比傳統(tǒng)方法會(huì)更容易引起活鎖的發(fā)生，同時(shí)也會(huì)浪費(fèi)更多有限的計(jì)算機(jī)資源；但2PL—HP算法實(shí)現(xiàn)了鎖式并發(fā)控制，在解決倒置優(yōu)先級(jí)事務(wù)的問(wèn)題上有顯著成效。可以說(shuō)既有利也有弊，在實(shí)時(shí)事務(wù)并發(fā)控制協(xié)議算法的處理上也仍舊存在一些不足之處，上述情況僅僅是在基于有限的計(jì)算機(jī)資源中實(shí)時(shí)系統(tǒng)處理軟事務(wù)較多的前提下做出的探索與討論。

三、結(jié)束語(yǔ)

在使用組態(tài)軟件對(duì)有軌電車的弱電集成系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，在特定時(shí)候系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整座列車及其機(jī)電動(dòng)力設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在這一過(guò)程中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)時(shí)反映這些設(shè)備數(shù)據(jù)的狀態(tài)。因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行關(guān)乎到整個(gè)列車系統(tǒng)能否正常進(jìn)行工作。