趙 宇， 翟劍錕， 劉 偉

（1.北京信息科技大學(xué) 北京 100085；2.中科院計(jì)算與通信學(xué)院 北京 100049；3.北京德潤(rùn)興業(yè)科技開(kāi)發(fā)公司 北京100195）

在主流技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)于那些已經(jīng)存在的很多理論和技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中需要有針對(duì)性性地刪減和優(yōu)化，以此達(dá)到應(yīng)用級(jí)別開(kāi)發(fā)的目的。在集成測(cè)試過(guò)程中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的很多問(wèn)題，在系統(tǒng)測(cè)試中，要采用更加極端的手段來(lái)甄別系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高性能。

1 應(yīng)用處理進(jìn)程描述

應(yīng)用處理部分包括小鍵盤(pán)的處理響應(yīng)、液晶顯示、監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)內(nèi)容和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

應(yīng)用進(jìn)程中的微型數(shù)據(jù)庫(kù)操作分布在設(shè)備參數(shù)記錄的讀取中，按照用戶信息查詢當(dāng)前用戶信息的存款記錄，完成操作后的應(yīng)用通訊記錄的插入和應(yīng)用記錄的插入等。

人機(jī)界面的處理包括用戶鍵盤(pán)信息的響應(yīng)、液晶顯示界面和蜂鳴器提示等。

監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)校驗(yàn)是必須的在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)很多意想不到的情況，只有在數(shù)據(jù)校驗(yàn)通過(guò)的前提下才能保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的正確性。

圖1 應(yīng)用處理流程圖Fig.1 Flow chart of application process

2 監(jiān)控通訊進(jìn)程描述

后臺(tái)監(jiān)控軟件負(fù)責(zé)設(shè)備的平臺(tái)監(jiān)視和控制命令。

設(shè)備通訊模式分為在線控制模式、在線監(jiān)視模式、離線工作模式3種。

1）在線控制模式 監(jiān)控人員有設(shè)備啟動(dòng)、停止、停止用戶消費(fèi)的控制權(quán)限。在發(fā)現(xiàn)用戶消費(fèi)過(guò)程中信息以及操作有問(wèn)題的情況下可以立即停止消費(fèi)行為，并暫時(shí)取消用戶的消費(fèi)權(quán)限，用來(lái)控制用戶消費(fèi)的合法性和合理性。

2）在線監(jiān)視模式 監(jiān)控人員可以看到設(shè)備狀態(tài)，用戶消費(fèi)的全部信息無(wú)任何控制權(quán)限。

3）離線工作模式 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊故障時(shí)，離線工作。消費(fèi)記錄存儲(chǔ)在設(shè)備內(nèi)，在線后可以上傳至監(jiān)控軟件。

通訊進(jìn)程使用設(shè)備的配置參數(shù)和后臺(tái)軟件通訊，傳輸用戶信息，消費(fèi)狀態(tài)，消費(fèi)記錄、信息。以此達(dá)到監(jiān)控用戶消費(fèi)全過(guò)程過(guò)程，收集用戶消費(fèi)信息的目的。

圖2 通訊監(jiān)控處理流程圖Fig.2 Flow chort of communication process

3 集成測(cè)試未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

應(yīng)用處理進(jìn)程響應(yīng)用戶操作并生成消費(fèi)數(shù)據(jù)記錄，監(jiān)控通訊進(jìn)程負(fù)責(zé)傳送消費(fèi)數(shù)據(jù)記錄給監(jiān)控軟件，進(jìn)程間使用消息通訊。

當(dāng)設(shè)備工作在線模式時(shí)，監(jiān)控軟件垂詢?cè)O(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)。其中一項(xiàng)是消費(fèi)數(shù)據(jù)記錄的狀態(tài)，有兩種狀態(tài)當(dāng)前沒(méi)有新的數(shù)據(jù)記錄和有新的數(shù)據(jù)記錄。應(yīng)用處理進(jìn)程在查詢當(dāng)前所有消費(fèi)數(shù)據(jù)之后得到了一個(gè)新的數(shù)據(jù)記錄的數(shù)目，并發(fā)消息給監(jiān)控通訊進(jìn)程。或者監(jiān)控通訊進(jìn)程自己去查詢當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄的狀態(tài)。

在微型數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程中使用的是最簡(jiǎn)單的順序存儲(chǔ)，并且未對(duì)任何屬性建立有效的索引。在消費(fèi)記錄中有一個(gè)字段是是否上傳標(biāo)志。在監(jiān)控通訊進(jìn)程中，需要查詢是否有未上傳的數(shù)據(jù)并設(shè)置當(dāng)前的通訊狀態(tài)。監(jiān)控程序?qū)崟r(shí)查詢?cè)O(shè)備的狀態(tài)，包括是否有問(wèn)上傳的數(shù)據(jù)。

4 試點(diǎn)過(guò)程中的故障

開(kāi)發(fā)完成并功能測(cè)試后，順利的進(jìn)入了試點(diǎn)測(cè)試階段。

試點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝了4臺(tái)設(shè)備，開(kāi)始的兩個(gè)星期內(nèi)沒(méi)有任何問(wèn)題，設(shè)備運(yùn)行良好、通訊正常、消費(fèi)數(shù)據(jù)記錄完整。

到了第3個(gè)星期，突然一臺(tái)設(shè)備無(wú)法正常通訊。拆機(jī)檢查后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何硬件故障和軟件問(wèn)題，無(wú)奈之下更換新的設(shè)備。過(guò)了一個(gè)星期，一臺(tái)設(shè)備又出現(xiàn)了通訊故障。嚴(yán)重時(shí)4臺(tái)設(shè)備完全通訊不上，無(wú)法監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。只能離線運(yùn)行模式，使用U盤(pán)采集離線數(shù)據(jù)后上傳到監(jiān)控軟件。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布局示意圖Fig.3 Field device location

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，在通訊過(guò)程中，如果數(shù)據(jù)記錄的條數(shù)超過(guò)了1 000條，通訊就會(huì)出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的情況。如果超過(guò)了5 000條，通訊基本上就斷開(kāi)了。在清除了數(shù)據(jù)記錄后銅尊正常。也就是在數(shù)據(jù)記錄條數(shù)，小于1 000條時(shí)通訊正常，大于1 000條通訊時(shí)，通訊異常。

5 針對(duì)性測(cè)試和文件系統(tǒng)操作優(yōu)化

現(xiàn)場(chǎng)反饋的問(wèn)題總結(jié)非常清晰明了。在測(cè)試了文件操作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，文件操作嚴(yán)重制約了實(shí)時(shí)響應(yīng)速度。

下面這個(gè)函數(shù)是在消費(fèi)記錄中讀取是否有未上傳數(shù)據(jù)，在記錄操作1 000條后，執(zhí)行時(shí)間大于100 ms，這個(gè)時(shí)間在通訊監(jiān)控程序的響應(yīng)范圍之外。這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)通訊中斷的情況。

優(yōu)化策略一：添加文件上傳標(biāo)志索引文件。

建立一個(gè)索引文件，在生成數(shù)據(jù)記錄的同時(shí)記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄的指針和數(shù)據(jù)記錄的匯總信息包括未上傳數(shù)據(jù)記錄的個(gè)數(shù)。結(jié)構(gòu)和操作如圖4所示。

圖4 索引文件、記錄文件物理關(guān)系示意圖Fig.4 Relationship of index file and record file

對(duì)應(yīng)的操作有生成記錄時(shí)的是否上傳判斷，添加至交易記錄中。如果未上傳修改索引文件的記錄數(shù)量，并添加未上傳指針。在通訊正常情況下，上傳未上傳交易記錄數(shù)量，按照指針提取交易記錄。上傳記錄成功后，修改交易記錄標(biāo)志，修改未上傳記錄數(shù)目，刪除未上傳指針。

圖5 記錄操作流程圖Fig.5 Flow chart of record operation

在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的程序調(diào)整和測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前應(yīng)用程序完全符合實(shí)時(shí)要求。但是程序的修改和實(shí)時(shí)響應(yīng)的優(yōu)化代價(jià)實(shí)在是太大了。在應(yīng)用處理和通訊的流程中，添加了太多的操作。使得程序的可讀性和可維護(hù)性變得越來(lái)越差。

優(yōu)化策略二：添加通訊文件

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)整和測(cè)試，最終采用了添加一個(gè)通訊文件的模式。在記錄生成的同時(shí)在通訊文件和記錄文件添加，記錄文件中的上傳屬性作廢。

圖6 記錄存儲(chǔ)示意圖Fig.6 Schematic diagram of record storage

圖7 記錄操作示意圖Fig.7 Schematic diagram of record operation

不需要生成未上傳記錄數(shù)目。在通訊文件內(nèi)都是未上傳的記錄。查詢未上傳記錄數(shù)目，只要獲取通訊文件的尺寸除以一個(gè)元組的尺寸就是當(dāng)前未上傳記錄的數(shù)目。

不需要生成未上傳記錄指針。通訊文件內(nèi)都是未上傳記錄，順次上傳即可。同時(shí)不需要操作記錄文件內(nèi)的記錄。

按照這個(gè)模式優(yōu)化的結(jié)果。操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)響應(yīng)比第一種的還要快，完全滿足通訊要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，經(jīng)過(guò)策略二的優(yōu)化的應(yīng)用程序 完全滿足應(yīng)用需要。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

6 結(jié) 論

在了解標(biāo)準(zhǔn)文件操作的時(shí)效性后，按照數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)哈希索引的技術(shù)指導(dǎo)，建立了一個(gè)高效率的索引文件，提高了數(shù)據(jù)搜索的效率。然而卻帶來(lái)了文件操操作的延時(shí)。對(duì)于嵌入式開(kāi)發(fā)來(lái)講，應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便和高效率、實(shí)時(shí)性才是更加重要的。對(duì)于大型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)技術(shù)指導(dǎo)下的實(shí)現(xiàn)方法一般結(jié)構(gòu)都相對(duì)復(fù)雜，處理流程過(guò)長(zhǎng)。需要在各種技術(shù)指導(dǎo)下，改進(jìn)和選擇最簡(jiǎn)單、有效的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。通過(guò)本文的應(yīng)用程序的文件操作優(yōu)化過(guò)程，希望能讓更多的人了解到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序、效率高的文件操作才是嵌入式應(yīng)用追求的目標(biāo)之一。

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