姚丹+劉亮

摘 要：嵌入式系統(tǒng)作為近年最為熱門的技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于過程控制、工業(yè)儀表等領(lǐng)域。文中介紹了在多嵌入式設(shè)備系統(tǒng)中，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括Linux系統(tǒng)在ARM架構(gòu)下的移植、根文件系統(tǒng)的建立、SQLite數(shù)據(jù)庫的移植和設(shè)計(jì)等，并給出相關(guān)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)；ARM-Linux平臺(tái)；SQLite數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

中圖法分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）04-0035-02

0 引 言

隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信息處理的各領(lǐng)域中。在多嵌入式設(shè)備并存的系統(tǒng)中，工程人員常需要對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、處理信息的正確性等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，但現(xiàn)有的運(yùn)行數(shù)據(jù)多由各嵌入式設(shè)備進(jìn)行本地化存儲(chǔ)，無法實(shí)時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行記錄和分析。

針對這個(gè)問題，本文提出了一種基于SQLite數(shù)據(jù)庫的嵌入式數(shù)據(jù)記錄模型，在此基礎(chǔ)上通過構(gòu)建嵌入式硬件平臺(tái)與移植操作系統(tǒng)，并將SQLite數(shù)據(jù)庫嵌入到軟硬件平臺(tái)，使工程人員能夠從單一終端獲取系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

1 設(shè)計(jì)原理

1.1 嵌入式數(shù)據(jù)記錄模型

圖1所示是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)記錄模型，本文設(shè)計(jì)的就是這種基于以太網(wǎng)的分布式數(shù)據(jù)記錄模型。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)將本機(jī)與其他嵌入式設(shè)備連接，建立局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器/客戶端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其他嵌入式設(shè)備將運(yùn)行數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)送至本系統(tǒng)，由系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)解讀等操作，最后交由工程人員處理。

圖1 分布式數(shù)據(jù)記錄模型

1.2 數(shù)據(jù)記錄軟硬件簡介

考慮處理能力和處理器功耗因素，系統(tǒng)選用基于ARM架構(gòu)的S3C2440處理器作為主處理單元。該處理器基于ARM920T核心，具有5級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，兼有優(yōu)異的浮點(diǎn)和定點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力。

嵌入式操作系統(tǒng)是連接軟件和硬件的重要模塊，向上提供與應(yīng)用程序的接口，向下提供與硬件設(shè)備交互的接口。系統(tǒng)選用嵌入式Linux系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)，它既繼承了開放的源代碼資源，又具有完善的軟件生態(tài)環(huán)境、資源的統(tǒng)一接口、優(yōu)異的可擴(kuò)展性等優(yōu)勢。

作為數(shù)據(jù)記錄的核心構(gòu)件，系統(tǒng)選用SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄。該數(shù)據(jù)庫是由D.Richard Hipp開發(fā)的應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫，是應(yīng)用非常廣泛的開源項(xiàng)目。該數(shù)據(jù)庫具有以下特性：

（1）數(shù)據(jù)庫被集成在程序中，不需專門配置和管理，單表運(yùn)行速度快；

（2）代碼規(guī)模小，編譯后不大于256 KB，運(yùn)行時(shí)占用緩存?。?/p>

（3）在系統(tǒng)崩潰或掉電后，可以自動(dòng)完成啟動(dòng)初始化和數(shù)據(jù)恢復(fù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用ARM-Linux平臺(tái)，通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，具體的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步驟

3.1 Linux系統(tǒng)內(nèi)核移植

軟件嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核的移植，就是根據(jù)目標(biāo)板的具體配置，在獲取操作系統(tǒng)源碼的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行必要的修改，添加設(shè)備驅(qū)動(dòng)，最終由交叉編譯環(huán)境生成Image文件的過程。本系統(tǒng)采用Linux 2.6.29內(nèi)核，已集成了硬件平臺(tái)的大部分驅(qū)動(dòng)，但由于在硬件設(shè)計(jì)階段添加了LCD顯示模塊，因此需要將LCD驅(qū)動(dòng)集成到Linux內(nèi)核中，并對內(nèi)核部分具體配置做出修改。

本系統(tǒng)選用LCD廠商提供的默認(rèn)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)硬件配置修改驅(qū)動(dòng)文件后編譯進(jìn)內(nèi)核中。具體步驟如下：

（1）在內(nèi)核中添加FrameBuffer以及LCD的注冊信息；

（2）在內(nèi)核中添加LCD平臺(tái)信息；

（3）將LCD平臺(tái)初始操作方式添加到參數(shù)實(shí)現(xiàn)文件中。

添加完成后，根據(jù)目標(biāo)板硬件設(shè)置配置Linux內(nèi)核，需要配置的參數(shù)有CPU平臺(tái)、LCD參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、串口設(shè)置、MTD設(shè)備支持、內(nèi)部存儲(chǔ)單元加載方式等，具體配置方式需要參照硬件設(shè)計(jì)和元器件的器件手冊。

圖3所示是其Linux的內(nèi)核編譯圖。內(nèi)核參數(shù)配置完成后，需要在交叉編譯環(huán)境下將該內(nèi)核文件進(jìn)行生成操作，生成可在目標(biāo)板上執(zhí)行的Image文件。

圖3 Linux內(nèi)核編譯

3.2 Linux根文件系統(tǒng)的構(gòu)建

文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。內(nèi)核Image文件啟動(dòng)后運(yùn)行的首個(gè)程序、提供參數(shù)配置等系統(tǒng)啟動(dòng)所必須的文件合稱為根文件系統(tǒng)。

系統(tǒng)選用Nand Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)，因此使用yaffs2文件系統(tǒng)作為根文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)是專為Nand Flash設(shè)計(jì)的基于日志結(jié)構(gòu)的嵌入式文件系統(tǒng)，提供了損耗平衡和掉電保護(hù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡化了接口，而且轉(zhuǎn)載時(shí)間明顯快于其他文件系統(tǒng)。

系統(tǒng)在構(gòu)建yaffs2文件系統(tǒng)時(shí)，首先需要載入yaffs2代碼，并使用Busybox工具包進(jìn)行構(gòu)建。具體步驟如下：

（1）建立基本目錄樹，修改Makefile文件，添加文件類型支持，并修改配置Busybox；

（2）修改Fstab、Inittab和MakeFile文件，并建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)；

（3）使用mkyaffs2image工具編譯，生成的Image文件鏡像文件如圖4所示。

圖4 mkyaffs2image工具生成Image文件

3.3 SQLite數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

系統(tǒng)使用SQLite數(shù)據(jù)庫的版本號(hào)為SQLite 3.3.8，針對特定的嵌入式硬件和操作系統(tǒng)，需要對數(shù)據(jù)庫中部分參數(shù)進(jìn)行修改，使其可以應(yīng)用于本軟硬件平臺(tái)上。具體步驟如下：

（1）新建一個(gè)和SQLite目錄平行的同級(jí)目錄，并安裝與ARM架構(gòu)處理器適配的交叉編譯工具arm-linux-gcc；

（2）打開sqlite/src/sqliteInt.h，找到如圖5所示的部分代碼，并在這段代碼前加上#define SQLITE_PTR_SZ 4語句；

圖5 sqlite/src/sqliteInt.h中的部分代碼圖

（3）注釋掉SQLite目錄下的配置文件中的交叉編譯環(huán)境校驗(yàn)語句。然后執(zhí)行配置命令，在build目錄下生成Makefile和libtool腳本文件；

（4）修改Makefile文件，將SQLite編譯成靜態(tài)鏈接的形式，然后執(zhí)行make命令，生成sqlite、libsqlite.a、libsqlite.so等文件；

（5）使用Ftp方式將SQLite拷貝到硬件平臺(tái)上，這樣SQLite數(shù)據(jù)庫已經(jīng)可以在ARM-Linux平臺(tái)下運(yùn)行；

（6）使用標(biāo)準(zhǔn)SQL語句編寫程序，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和篩選功能。

4 結(jié) 語

本文將ARM-Linux平臺(tái)和SQLite數(shù)據(jù)庫結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種用于多嵌入式設(shè)備系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與其他設(shè)備連接，可有效地架構(gòu)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。該方案擴(kuò)展了嵌入式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用范圍，具有良好的工程應(yīng)用性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]胡偉.SQLite在嵌入式系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)研究[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2009（2）：163-168.

[2]蔣晶，于平，韓菲.SQLite在嵌入式系統(tǒng)Wince中的應(yīng)用[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011（14）：86-87.

[3]張廣斌，宮金林，陳爽.SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（6）：12-14.

[4]路旋.嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQLite的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009.

[5]黃東.基于SQLite的移動(dòng)嵌入式數(shù)據(jù)庫同步系統(tǒng)的研究和開發(fā)[D].武漢：華中師范大學(xué)，2009.

摘 要：嵌入式系統(tǒng)作為近年最為熱門的技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于過程控制、工業(yè)儀表等領(lǐng)域。文中介紹了在多嵌入式設(shè)備系統(tǒng)中，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括Linux系統(tǒng)在ARM架構(gòu)下的移植、根文件系統(tǒng)的建立、SQLite數(shù)據(jù)庫的移植和設(shè)計(jì)等，并給出相關(guān)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)；ARM-Linux平臺(tái)；SQLite數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

中圖法分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）04-0035-02

0 引 言

隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信息處理的各領(lǐng)域中。在多嵌入式設(shè)備并存的系統(tǒng)中，工程人員常需要對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、處理信息的正確性等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，但現(xiàn)有的運(yùn)行數(shù)據(jù)多由各嵌入式設(shè)備進(jìn)行本地化存儲(chǔ)，無法實(shí)時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行記錄和分析。

針對這個(gè)問題，本文提出了一種基于SQLite數(shù)據(jù)庫的嵌入式數(shù)據(jù)記錄模型，在此基礎(chǔ)上通過構(gòu)建嵌入式硬件平臺(tái)與移植操作系統(tǒng)，并將SQLite數(shù)據(jù)庫嵌入到軟硬件平臺(tái)，使工程人員能夠從單一終端獲取系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

1 設(shè)計(jì)原理

1.1 嵌入式數(shù)據(jù)記錄模型

圖1所示是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)記錄模型，本文設(shè)計(jì)的就是這種基于以太網(wǎng)的分布式數(shù)據(jù)記錄模型。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)將本機(jī)與其他嵌入式設(shè)備連接，建立局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器/客戶端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其他嵌入式設(shè)備將運(yùn)行數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)送至本系統(tǒng)，由系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)解讀等操作，最后交由工程人員處理。

圖1 分布式數(shù)據(jù)記錄模型

1.2 數(shù)據(jù)記錄軟硬件簡介

考慮處理能力和處理器功耗因素，系統(tǒng)選用基于ARM架構(gòu)的S3C2440處理器作為主處理單元。該處理器基于ARM920T核心，具有5級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，兼有優(yōu)異的浮點(diǎn)和定點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力。

嵌入式操作系統(tǒng)是連接軟件和硬件的重要模塊，向上提供與應(yīng)用程序的接口，向下提供與硬件設(shè)備交互的接口。系統(tǒng)選用嵌入式Linux系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)，它既繼承了開放的源代碼資源，又具有完善的軟件生態(tài)環(huán)境、資源的統(tǒng)一接口、優(yōu)異的可擴(kuò)展性等優(yōu)勢。

作為數(shù)據(jù)記錄的核心構(gòu)件，系統(tǒng)選用SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄。該數(shù)據(jù)庫是由D.Richard Hipp開發(fā)的應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫，是應(yīng)用非常廣泛的開源項(xiàng)目。該數(shù)據(jù)庫具有以下特性：

（1）數(shù)據(jù)庫被集成在程序中，不需專門配置和管理，單表運(yùn)行速度快；

（2）代碼規(guī)模小，編譯后不大于256 KB，運(yùn)行時(shí)占用緩存??；

（3）在系統(tǒng)崩潰或掉電后，可以自動(dòng)完成啟動(dòng)初始化和數(shù)據(jù)恢復(fù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用ARM-Linux平臺(tái)，通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，具體的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步驟

3.1 Linux系統(tǒng)內(nèi)核移植

軟件嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核的移植，就是根據(jù)目標(biāo)板的具體配置，在獲取操作系統(tǒng)源碼的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行必要的修改，添加設(shè)備驅(qū)動(dòng)，最終由交叉編譯環(huán)境生成Image文件的過程。本系統(tǒng)采用Linux 2.6.29內(nèi)核，已集成了硬件平臺(tái)的大部分驅(qū)動(dòng)，但由于在硬件設(shè)計(jì)階段添加了LCD顯示模塊，因此需要將LCD驅(qū)動(dòng)集成到Linux內(nèi)核中，并對內(nèi)核部分具體配置做出修改。

本系統(tǒng)選用LCD廠商提供的默認(rèn)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)硬件配置修改驅(qū)動(dòng)文件后編譯進(jìn)內(nèi)核中。具體步驟如下：

（1）在內(nèi)核中添加FrameBuffer以及LCD的注冊信息；

（2）在內(nèi)核中添加LCD平臺(tái)信息；

（3）將LCD平臺(tái)初始操作方式添加到參數(shù)實(shí)現(xiàn)文件中。

添加完成后，根據(jù)目標(biāo)板硬件設(shè)置配置Linux內(nèi)核，需要配置的參數(shù)有CPU平臺(tái)、LCD參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、串口設(shè)置、MTD設(shè)備支持、內(nèi)部存儲(chǔ)單元加載方式等，具體配置方式需要參照硬件設(shè)計(jì)和元器件的器件手冊。

圖3所示是其Linux的內(nèi)核編譯圖。內(nèi)核參數(shù)配置完成后，需要在交叉編譯環(huán)境下將該內(nèi)核文件進(jìn)行生成操作，生成可在目標(biāo)板上執(zhí)行的Image文件。

圖3 Linux內(nèi)核編譯

3.2 Linux根文件系統(tǒng)的構(gòu)建

文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。內(nèi)核Image文件啟動(dòng)后運(yùn)行的首個(gè)程序、提供參數(shù)配置等系統(tǒng)啟動(dòng)所必須的文件合稱為根文件系統(tǒng)。

系統(tǒng)選用Nand Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)，因此使用yaffs2文件系統(tǒng)作為根文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)是專為Nand Flash設(shè)計(jì)的基于日志結(jié)構(gòu)的嵌入式文件系統(tǒng)，提供了損耗平衡和掉電保護(hù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡化了接口，而且轉(zhuǎn)載時(shí)間明顯快于其他文件系統(tǒng)。

系統(tǒng)在構(gòu)建yaffs2文件系統(tǒng)時(shí)，首先需要載入yaffs2代碼，并使用Busybox工具包進(jìn)行構(gòu)建。具體步驟如下：

（1）建立基本目錄樹，修改Makefile文件，添加文件類型支持，并修改配置Busybox；

（2）修改Fstab、Inittab和MakeFile文件，并建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)；

（3）使用mkyaffs2image工具編譯，生成的Image文件鏡像文件如圖4所示。

圖4 mkyaffs2image工具生成Image文件

3.3 SQLite數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

系統(tǒng)使用SQLite數(shù)據(jù)庫的版本號(hào)為SQLite 3.3.8，針對特定的嵌入式硬件和操作系統(tǒng)，需要對數(shù)據(jù)庫中部分參數(shù)進(jìn)行修改，使其可以應(yīng)用于本軟硬件平臺(tái)上。具體步驟如下：

（1）新建一個(gè)和SQLite目錄平行的同級(jí)目錄，并安裝與ARM架構(gòu)處理器適配的交叉編譯工具arm-linux-gcc；

（2）打開sqlite/src/sqliteInt.h，找到如圖5所示的部分代碼，并在這段代碼前加上#define SQLITE_PTR_SZ 4語句；

圖5 sqlite/src/sqliteInt.h中的部分代碼圖

（3）注釋掉SQLite目錄下的配置文件中的交叉編譯環(huán)境校驗(yàn)語句。然后執(zhí)行配置命令，在build目錄下生成Makefile和libtool腳本文件；

（4）修改Makefile文件，將SQLite編譯成靜態(tài)鏈接的形式，然后執(zhí)行make命令，生成sqlite、libsqlite.a、libsqlite.so等文件；

（5）使用Ftp方式將SQLite拷貝到硬件平臺(tái)上，這樣SQLite數(shù)據(jù)庫已經(jīng)可以在ARM-Linux平臺(tái)下運(yùn)行；

（6）使用標(biāo)準(zhǔn)SQL語句編寫程序，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和篩選功能。

4 結(jié) 語

本文將ARM-Linux平臺(tái)和SQLite數(shù)據(jù)庫結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種用于多嵌入式設(shè)備系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與其他設(shè)備連接，可有效地架構(gòu)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。該方案擴(kuò)展了嵌入式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用范圍，具有良好的工程應(yīng)用性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]胡偉.SQLite在嵌入式系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)研究[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2009（2）：163-168.

[2]蔣晶，于平，韓菲.SQLite在嵌入式系統(tǒng)Wince中的應(yīng)用[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011（14）：86-87.

[3]張廣斌，宮金林，陳爽.SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（6）：12-14.

[4]路旋.嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQLite的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009.

[5]黃東.基于SQLite的移動(dòng)嵌入式數(shù)據(jù)庫同步系統(tǒng)的研究和開發(fā)[D].武漢：華中師范大學(xué)，2009.

摘 要：嵌入式系統(tǒng)作為近年最為熱門的技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于過程控制、工業(yè)儀表等領(lǐng)域。文中介紹了在多嵌入式設(shè)備系統(tǒng)中，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括Linux系統(tǒng)在ARM架構(gòu)下的移植、根文件系統(tǒng)的建立、SQLite數(shù)據(jù)庫的移植和設(shè)計(jì)等，并給出相關(guān)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)；ARM-Linux平臺(tái)；SQLite數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

中圖法分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）04-0035-02

0 引 言

隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信息處理的各領(lǐng)域中。在多嵌入式設(shè)備并存的系統(tǒng)中，工程人員常需要對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、處理信息的正確性等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，但現(xiàn)有的運(yùn)行數(shù)據(jù)多由各嵌入式設(shè)備進(jìn)行本地化存儲(chǔ)，無法實(shí)時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行記錄和分析。

針對這個(gè)問題，本文提出了一種基于SQLite數(shù)據(jù)庫的嵌入式數(shù)據(jù)記錄模型，在此基礎(chǔ)上通過構(gòu)建嵌入式硬件平臺(tái)與移植操作系統(tǒng)，并將SQLite數(shù)據(jù)庫嵌入到軟硬件平臺(tái)，使工程人員能夠從單一終端獲取系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

1 設(shè)計(jì)原理

1.1 嵌入式數(shù)據(jù)記錄模型

圖1所示是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)記錄模型，本文設(shè)計(jì)的就是這種基于以太網(wǎng)的分布式數(shù)據(jù)記錄模型。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)將本機(jī)與其他嵌入式設(shè)備連接，建立局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器/客戶端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其他嵌入式設(shè)備將運(yùn)行數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)送至本系統(tǒng)，由系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)解讀等操作，最后交由工程人員處理。

圖1 分布式數(shù)據(jù)記錄模型

1.2 數(shù)據(jù)記錄軟硬件簡介

考慮處理能力和處理器功耗因素，系統(tǒng)選用基于ARM架構(gòu)的S3C2440處理器作為主處理單元。該處理器基于ARM920T核心，具有5級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，兼有優(yōu)異的浮點(diǎn)和定點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力。

嵌入式操作系統(tǒng)是連接軟件和硬件的重要模塊，向上提供與應(yīng)用程序的接口，向下提供與硬件設(shè)備交互的接口。系統(tǒng)選用嵌入式Linux系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)，它既繼承了開放的源代碼資源，又具有完善的軟件生態(tài)環(huán)境、資源的統(tǒng)一接口、優(yōu)異的可擴(kuò)展性等優(yōu)勢。

作為數(shù)據(jù)記錄的核心構(gòu)件，系統(tǒng)選用SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄。該數(shù)據(jù)庫是由D.Richard Hipp開發(fā)的應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫，是應(yīng)用非常廣泛的開源項(xiàng)目。該數(shù)據(jù)庫具有以下特性：

（1）數(shù)據(jù)庫被集成在程序中，不需專門配置和管理，單表運(yùn)行速度快；

（2）代碼規(guī)模小，編譯后不大于256 KB，運(yùn)行時(shí)占用緩存??；

（3）在系統(tǒng)崩潰或掉電后，可以自動(dòng)完成啟動(dòng)初始化和數(shù)據(jù)恢復(fù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用ARM-Linux平臺(tái)，通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，具體的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步驟

3.1 Linux系統(tǒng)內(nèi)核移植

軟件嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核的移植，就是根據(jù)目標(biāo)板的具體配置，在獲取操作系統(tǒng)源碼的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行必要的修改，添加設(shè)備驅(qū)動(dòng)，最終由交叉編譯環(huán)境生成Image文件的過程。本系統(tǒng)采用Linux 2.6.29內(nèi)核，已集成了硬件平臺(tái)的大部分驅(qū)動(dòng)，但由于在硬件設(shè)計(jì)階段添加了LCD顯示模塊，因此需要將LCD驅(qū)動(dòng)集成到Linux內(nèi)核中，并對內(nèi)核部分具體配置做出修改。

本系統(tǒng)選用LCD廠商提供的默認(rèn)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)硬件配置修改驅(qū)動(dòng)文件后編譯進(jìn)內(nèi)核中。具體步驟如下：

（1）在內(nèi)核中添加FrameBuffer以及LCD的注冊信息；

（2）在內(nèi)核中添加LCD平臺(tái)信息；

（3）將LCD平臺(tái)初始操作方式添加到參數(shù)實(shí)現(xiàn)文件中。

添加完成后，根據(jù)目標(biāo)板硬件設(shè)置配置Linux內(nèi)核，需要配置的參數(shù)有CPU平臺(tái)、LCD參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、串口設(shè)置、MTD設(shè)備支持、內(nèi)部存儲(chǔ)單元加載方式等，具體配置方式需要參照硬件設(shè)計(jì)和元器件的器件手冊。

圖3所示是其Linux的內(nèi)核編譯圖。內(nèi)核參數(shù)配置完成后，需要在交叉編譯環(huán)境下將該內(nèi)核文件進(jìn)行生成操作，生成可在目標(biāo)板上執(zhí)行的Image文件。

圖3 Linux內(nèi)核編譯

3.2 Linux根文件系統(tǒng)的構(gòu)建

文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。內(nèi)核Image文件啟動(dòng)后運(yùn)行的首個(gè)程序、提供參數(shù)配置等系統(tǒng)啟動(dòng)所必須的文件合稱為根文件系統(tǒng)。

系統(tǒng)選用Nand Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)，因此使用yaffs2文件系統(tǒng)作為根文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)是專為Nand Flash設(shè)計(jì)的基于日志結(jié)構(gòu)的嵌入式文件系統(tǒng)，提供了損耗平衡和掉電保護(hù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡化了接口，而且轉(zhuǎn)載時(shí)間明顯快于其他文件系統(tǒng)。

系統(tǒng)在構(gòu)建yaffs2文件系統(tǒng)時(shí)，首先需要載入yaffs2代碼，并使用Busybox工具包進(jìn)行構(gòu)建。具體步驟如下：

（1）建立基本目錄樹，修改Makefile文件，添加文件類型支持，并修改配置Busybox；

（2）修改Fstab、Inittab和MakeFile文件，并建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)；

（3）使用mkyaffs2image工具編譯，生成的Image文件鏡像文件如圖4所示。

圖4 mkyaffs2image工具生成Image文件

3.3 SQLite數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

系統(tǒng)使用SQLite數(shù)據(jù)庫的版本號(hào)為SQLite 3.3.8，針對特定的嵌入式硬件和操作系統(tǒng)，需要對數(shù)據(jù)庫中部分參數(shù)進(jìn)行修改，使其可以應(yīng)用于本軟硬件平臺(tái)上。具體步驟如下：

（1）新建一個(gè)和SQLite目錄平行的同級(jí)目錄，并安裝與ARM架構(gòu)處理器適配的交叉編譯工具arm-linux-gcc；

（2）打開sqlite/src/sqliteInt.h，找到如圖5所示的部分代碼，并在這段代碼前加上#define SQLITE_PTR_SZ 4語句；

圖5 sqlite/src/sqliteInt.h中的部分代碼圖

（3）注釋掉SQLite目錄下的配置文件中的交叉編譯環(huán)境校驗(yàn)語句。然后執(zhí)行配置命令，在build目錄下生成Makefile和libtool腳本文件；

（4）修改Makefile文件，將SQLite編譯成靜態(tài)鏈接的形式，然后執(zhí)行make命令，生成sqlite、libsqlite.a、libsqlite.so等文件；

（5）使用Ftp方式將SQLite拷貝到硬件平臺(tái)上，這樣SQLite數(shù)據(jù)庫已經(jīng)可以在ARM-Linux平臺(tái)下運(yùn)行；

（6）使用標(biāo)準(zhǔn)SQL語句編寫程序，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和篩選功能。

4 結(jié) 語

本文將ARM-Linux平臺(tái)和SQLite數(shù)據(jù)庫結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種用于多嵌入式設(shè)備系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與其他設(shè)備連接，可有效地架構(gòu)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。該方案擴(kuò)展了嵌入式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用范圍，具有良好的工程應(yīng)用性。

參 考 文 獻(xiàn)

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