工業(yè)控制系統(tǒng)中嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)用

祖利輝

摘要：嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用范圍比較廣泛，文章對(duì)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的環(huán)境開發(fā)進(jìn)行分析，同時(shí)介紹其主要的構(gòu)成模塊，并對(duì)各模塊的作用進(jìn)行分析。與此同時(shí)，從技術(shù)優(yōu)勢(shì)、任務(wù)功能執(zhí)行、其他功能三個(gè)角度入手，對(duì)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù);編程語(yǔ)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(kù)的應(yīng)用創(chuàng)造良好條件，與將其運(yùn)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(kù)不同，不僅能夠在嵌入式硬件上運(yùn)行，同時(shí)也可在多種移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行。從目前實(shí)際應(yīng)用層面看，依托于SQLite的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集、查詢及存儲(chǔ)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(shí)，通過(guò)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

1 環(huán)境開發(fā)

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)，其主要采用的編程語(yǔ)言包括Visual C++、C語(yǔ)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多種處理，如采集、保存、運(yùn)輸?shù)取⑸鲜鲇布O(shè)備應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，同時(shí)配合使用數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理技術(shù)，能夠?yàn)殚_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(guò)上述分析認(rèn)為，在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中，要關(guān)注數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊的運(yùn)行環(huán)境，從而及時(shí)掌握整個(gè)控制系統(tǒng)計(jì)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(yùn)行環(huán)境特征主要包括：

（1）移動(dòng)設(shè)備連接環(huán)境：要想充分保證嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行連接。為此在開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)要構(gòu)建設(shè)備連接環(huán)境，從使用情況看，移動(dòng)設(shè)備連接環(huán)境不占有太多空間，僅通過(guò)API 函數(shù)以及HTTP接口就可以實(shí)現(xiàn)，一定程度上簡(jiǎn)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(kù)的工業(yè)控制系統(tǒng)，其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境的要求主要為提供對(duì)稱性通信環(huán)境，這是因?yàn)榍度胧綌?shù)據(jù)庫(kù)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?shí)時(shí)性，因此在開發(fā)信息管理模塊運(yùn)行環(huán)境時(shí)，要關(guān)注后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與用戶端的連接。對(duì)稱的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境設(shè)計(jì)，能夠確保嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)上行和下行通信載體為同一個(gè)寬帶，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與移動(dòng)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(shí)現(xiàn)安全存儲(chǔ)。

2 組成模塊

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

（1）嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與主數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、同步服務(wù)器之間一般是獨(dú)立的模塊，各組成模塊正確連接后，即可對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，然后傳輸，確保數(shù)據(jù)安全儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享等。同時(shí)，利用同步服務(wù)器連接主數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，接收主數(shù)據(jù)庫(kù)所下達(dá)的操作指令，并予以相應(yīng)，從而實(shí)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(shí)也能夠確保數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)同步。不僅如此，通過(guò)同步服務(wù)器，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移和歸檔，保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和信息的一致性。

（3）主數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，如數(shù)據(jù)存取、信息驗(yàn)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(kù)管理系統(tǒng)。

（4）通信網(wǎng)絡(luò)：嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中各組成部分通常采用過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)連接裝置，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備與服務(wù)器的連接[4]。一般來(lái)說(shuō)，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)通信網(wǎng)絡(luò)需要借助無(wú)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(kù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1技術(shù)優(yōu)勢(shì)

基于嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的信息管理模塊，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(kù)中，用于同步服務(wù)器和移動(dòng)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(shí)利用特定算法，使其具有高帶寬、低延遲的特點(diǎn)。用戶在此基礎(chǔ)上訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的相應(yīng)服務(wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。在這個(gè)過(guò)程中，主要是利用協(xié)調(diào)傳輸協(xié)議來(lái)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(qǐng)求時(shí)，如果采用嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)顯著提升事務(wù)處理效率，這是因?yàn)榍度胧綌?shù)據(jù)庫(kù)能夠結(jié)合數(shù)據(jù)傳送、接收的實(shí)時(shí)順序，確定好數(shù)據(jù)信息事務(wù)請(qǐng)求信息的優(yōu)先級(jí)。例如，對(duì)于信息事務(wù)（小范圍空間），采用嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先處理網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度更快的請(qǐng)求，根據(jù)實(shí)際需要，智能化決定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移、存儲(chǔ)等[5]。除此之外，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)過(guò)程，根據(jù)記錄結(jié)果，最后用日志文件形式加以存儲(chǔ)。

（3）提高數(shù)據(jù)安全性：手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)等均屬于嵌入式設(shè)備，其使用過(guò)程中往往存在小范圍移動(dòng)性，也就是非固定的工作環(huán)境，一定程度上會(huì)增加潛在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)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(duì)外部用戶系統(tǒng)訪問(wèn)權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)限制數(shù)據(jù)信息存取。對(duì)于移動(dòng)用戶終端，SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)能夠及時(shí)認(rèn)證訪問(wèn)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(kù)系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，該系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，主要分為兩個(gè)方面，一是對(duì)前端任務(wù)響應(yīng)準(zhǔn)確分析，二是對(duì)后端程序的調(diào)用。

（1）前端任務(wù)相應(yīng)分析：系統(tǒng)在對(duì)前端任務(wù)的響應(yīng)情況進(jìn)行分析時(shí)，需要配合預(yù)處理器的使用，兩者協(xié)同完成“SQL語(yǔ)句”的收集，并對(duì)“SQLite命令”代碼進(jìn)行識(shí)別，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，為后端應(yīng)用提供方便。在此過(guò)程中，要利用“HTMLPasser”來(lái)對(duì)“SQL語(yǔ)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(kù)主要是通過(guò)數(shù)據(jù)處理任務(wù)的執(zhí)行來(lái)實(shí)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^(guò)程。在對(duì)后端程序進(jìn)行調(diào)用時(shí)，利用SQLite技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)形成“B/B+樹”數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。也就是說(shuō)，對(duì)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(chǔ)在結(jié)構(gòu)域中。與此同時(shí)，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)磁盤中，基于SQLite關(guān)系的系統(tǒng)，具有頁(yè)面調(diào)度功能，能夠及時(shí)調(diào)用樹形結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)、信息、資料、文件。針對(duì)某個(gè)移動(dòng)端的訪問(wèn)進(jìn)行及時(shí)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(duì)統(tǒng)一的接口，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)共享。

3.3其他功能執(zhí)行

移動(dòng)客戶端（外部）在進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)平行讀取，這是因?yàn)榍度胧綌?shù)據(jù)庫(kù)具有多進(jìn)程特征，同時(shí)兼顧多線程特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)上述處理后，數(shù)據(jù)讀取的效率會(huì)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(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)大量運(yùn)用，更具 SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)中，對(duì)于SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)而言，其使用優(yōu)勢(shì)比較多，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)，還具有易移植性，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行交互，從而滿足用戶動(dòng)態(tài)管理需要。文章結(jié)合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，提出嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)在工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并且基于SQLite技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，從而進(jìn)一步對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善。在具體實(shí)踐中，不僅要滿足用戶對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際需要，也要對(duì)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)程序的響應(yīng)時(shí)間加以關(guān)注，不斷提升運(yùn)行效率，并且對(duì)成本進(jìn)行控制，為工業(yè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮更多實(shí)際作用。

參考文獻(xiàn)

[1]徐海燕.艦船導(dǎo)航系統(tǒng)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)信息可視化調(diào)度方法[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2021，43（24）：82-84.

[2]張春坡.黑岱溝露天煤礦工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭工程，2021，53（S1）：144-148.

[3]景子奇，鄒兆年.嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite上多版本并發(fā)控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2022，42（01）：140-147.

[4]王國(guó)飛，李質(zhì)建.基于Web Service嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)同步更新解決方案[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2020，16（20）：51-52.

[5]張東晨，李文新.BM3803的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)移植和應(yīng)用研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2019，19（01）：45-49.

[6]肖賀，薛鳴方，行鴻彥.嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)在自動(dòng)氣象站中的應(yīng)用研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2018，32（10）：197-202.