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摘要：提出了在電梯嵌入式監(jiān)控中使用SQLite數(shù)據(jù)庫的方案。在介紹SQLite的特點及監(jiān)控方案整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以電梯B/S監(jiān)控CGI程序訪問數(shù)據(jù)庫為例，著重介紹了SQLite的用法，最后介紹了基于三星2410的監(jiān)控終端硬件平臺。

關(guān)鍵詞：嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite B／S監(jiān)控S3C2410

基于嵌入式的B／S監(jiān)控方案由于其成本低、體積小、使用方便，越來越受到工程技術(shù)人員的關(guān)注。與此同時，在設(shè)備的嵌入式B／S遠程監(jiān)控、故障診斷中需交換的數(shù)據(jù)越來越多，對數(shù)據(jù)庫的要求越來越高。傳統(tǒng)的桌面數(shù)據(jù)庫建立的開發(fā)模型是數(shù)據(jù)庫控制應(yīng)用程序，需要專九的管理和配置，使用復(fù)雜、體積大、不便于移植。因此，對適合嵌入式的數(shù)據(jù)庫的研究已成為數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域一個新的研究方向。

在小區(qū)或樓宇的電梯監(jiān)控中，大多是基于PC機的C／S或B／S監(jiān)控。一種是利用CAN總線或電話闡絡(luò)接入PC機，采用電梯監(jiān)控采集卡向下通過CAN總線與電梯通信，向上通過RS232接口接入PC機。一種是采用以太網(wǎng)的SOCKET方式，由PC機實現(xiàn)B／S或C／S監(jiān)控。這些方案運用傳統(tǒng)的桌面數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)基于PC機的C／S或B／S監(jiān)控，功能相對強大，但成本較高。在智能下移、以太網(wǎng)應(yīng)用到設(shè)備層的趨勢下，研究嵌入式數(shù)據(jù)庫在電梯B／S監(jiān)控中的應(yīng)用是非常有意義的。

1 SQLile數(shù)據(jù)庫簡介

SQLite是由D．Riehard Hipp于2000年編寫的執(zhí)行自容納、可嵌入、零配置數(shù)據(jù)庫引擎的小型C庫。它支持多數(shù)SQL92標準，可以在所有主要的操作系統(tǒng)上運行，并且支持大多數(shù)計算機語言。其作為PHP V4．3中的一個選項引入，已構(gòu)建在PHP V5中，比MySQL快2倍以上，且完全開放。SQLite雖然比Berkeley DB功能稍弱，但是Berkeley DB不支持SQL，體積比SQLite大，在某些商業(yè)應(yīng)用上不是免費的，況且在開源社區(qū)的推動下SQLite的功能在增強，因此SQLite正在成為受歡迎的開源數(shù)據(jù)庫之一。

嵌入式數(shù)據(jù)庫來自于其嵌入式運行模式，它使用精簡代碼編寫，零配置，直接在應(yīng)用程序進程中運行，并且占用資源非常少。嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)沒有管理員，具有自調(diào)節(jié)和自適應(yīng)能力，能夠“無處不在”。SQLite是一個非常適合嵌入式應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫，這可以從其設(shè)計的目的和獨特的特點看出。SQLite設(shè)計的主要目的是簡單：簡單的管理、簡單的操作、簡單地嵌入、簡單的維護。SQLite的特征如下：

(1)零配置。SQLite在使用前不需要安裝設(shè)置，不需要進程來啟動、停止或配置，不需要管理員去創(chuàng)建新數(shù)據(jù)庫或分配用戶權(quán)限，在系統(tǒng)崩潰或失電之后自動恢復(fù)。

(2)無服務(wù)器。大多數(shù)SQL數(shù)據(jù)庫引擎是作為一個單獨的服務(wù)器進程被執(zhí)行。訪問數(shù)據(jù)庫的程序使用某種內(nèi)部進程通信(典型的是TCP／IP)與服務(wù)器通信，完成發(fā)送請求到服務(wù)器和接收查詢結(jié)果的工作。SQLite不采用這種工作方式。使用SQLite時，訪問數(shù)據(jù)庫的程序直接從磁盤上的數(shù)據(jù)庫文件讀寫，沒有中間的服務(wù)器進程。

(3)精簡性。當尺寸優(yōu)化后，在不減少功能的情況下，整個SQLite庫小于225KB。如果在編譯時去掉一些不需要的特性，庫的大小能被減小到170KB。IBM最新發(fā)行的CloudScape數(shù)據(jù)庫引擎是2MB的罐文件，壓縮后仍比SQLite大10倍；Firefox宣稱其客戶訂制的庫只有350KB，但是不包括數(shù)據(jù)庫引擎；來自Sleepycat的Berkeley DB庫是450KB，并且刪去了SQL支持。通過比較可知：SQLite非常小。

(4)簡單的訪問。一個SQtjte數(shù)據(jù)庫是一個單獨的普通磁盤文件，能夠被定位在路徑層次的任何地方。如果SQLite能讀寫磁盤文件，則它也能訪問數(shù)據(jù)庫。大多數(shù)SOL數(shù)據(jù)庫引擎趨向于把數(shù)據(jù)存為一個大的文件集合，通常這些文件在一個標準的定位中，只有數(shù)據(jù)庫引擎本身能訪問它。

(5)可變長度的記錄。一般的SQL數(shù)據(jù)庫引擎在表中為每一個記錄分配一個固定的磁盤空間數(shù)，SQLite只使用一個記錄中實際存儲信息的磁盤空問數(shù)。顯然，這會使數(shù)據(jù)庫非常小，同時，由于在磁盤上移動的信息很少，也使數(shù)據(jù)庫很快。

SQLite不僅小、快，而且簡單、可靠，這是它受歡迎的主要原因。對于嵌入式場合，管理、執(zhí)行、維護的簡單化比企業(yè)數(shù)據(jù)庫引擎提供的許多復(fù)雜應(yīng)用更重要，因此SQLite數(shù)據(jù)庫是一個很好的選擇。

2 電梯嵌入式B/S監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

本監(jiān)控系統(tǒng)分為兩層：嵌入式終端、遠方樓宇中心或電梯公司的監(jiān)測中心。監(jiān)控軟件的主要功能是：與電梯通信接口通信，采集電梯運行狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫；對故障報警優(yōu)先處理，自動發(fā)短信至維保人員手機，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時存人數(shù)據(jù)庫，以便進一步故障分析和統(tǒng)計。數(shù)據(jù)庫成為連接前后臺的中間件，存儲狀態(tài)數(shù)據(jù)供B／S遠程監(jiān)控和本地LCD顯示，同時接收瀏覽器和本地鍵盤輸入，由通信程序、CGI程序完成控制命令的下傳及運行狀態(tài)的上傳；同時數(shù)據(jù)庫還實現(xiàn)故障的分析統(tǒng)計和查詢。軟件程序主要分為四個模塊：與電梯接口的CAN／RS485通信程序，GPRS故障報警程序，本地的人機交互程序，遠程B／S監(jiān)控程序。

3 嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite的應(yīng)用

3．1 SOtite的C語言API函數(shù)

嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite的C語言API以下面三個核心函數(shù)為基礎(chǔ)：




其中，前兩個函數(shù)用于打開與關(guān)閉數(shù)據(jù)庫，sqlite_exec函數(shù)用來處理SQL查詢，它含有五個參數(shù)：

(1)調(diào)用sqlite_open函數(shù)獲得的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的指針。

(2)容納了一個或更多SQL語句的字符串。

(3)指向Callback函數(shù)的指針，查詢結(jié)果的每一條記錄都調(diào)用該函數(shù)。

(4)成為Callback函數(shù)第一個參數(shù)的指針。

(5)指向錯誤串的指針。

其中，Callback函數(shù)由用戶編寫，用來接收查詢結(jié)果，查詢結(jié)果的每一條記錄都會調(diào)用Callback函數(shù)一次，其原型為：



其中，第一個參數(shù)接收客戶代碼的任意信息；第二個參數(shù)是字段數(shù)；第三個參數(shù)是一個字符串數(shù)組，每一個串是記錄的一個字段值；第四個參數(shù)是字段名。Callback函數(shù)是用戶根據(jù)應(yīng)用編寫的，正常應(yīng)返回0。如果Callback函數(shù)非0，則查詢失敗。

此外，一些擴展的API提供了有用的接口函數(shù)。這里著重介紹sqlite_exec_printf()。




它與sqlite_exe一樣執(zhí)行同樣的查詢功能，但采用printf-style格式的字符串代替完整的SQL語句。作為第二個參數(shù)，這個格式串產(chǎn)生SQL語句，并且在函數(shù)結(jié)尾可以綁定任意參數(shù)。使用sqlite_exec_printf函數(shù)的好處是：(1)sqlite_exec_printf為了容納產(chǎn)生的SQL語句，通常會分配足夠的緩存，因此不會產(chǎn)生靜態(tài)緩存溢出的危險；(2)擴展了％Q和％q兩個新格式以支持SQL中的串值。

3．2 SQLite在電梯監(jiān)控中的應(yīng)用

在電梯的B／S監(jiān)控中，電梯的運行狀態(tài)需要在瀏覽器端實時顯示，實時記錄故障信息，并能統(tǒng)計查詢，同時通過客戶瀏覽器進行一些控制和參數(shù)設(shè)置。因此對數(shù)據(jù)庫的訪問有上端的以太網(wǎng)通信程序和下端的CAN／RS485通信程序。這里著重討論以太網(wǎng)通信程序。下面以電梯故障查詢中CGI程序訪問數(shù)據(jù)庫為例說明SQLite數(shù)據(jù)庫Callback函數(shù)、API函數(shù)的用法。Canback函數(shù)編寫如下：




C語言編制的CGI程序中用SQLite的API函數(shù)調(diào)用Callback函數(shù)的關(guān)鍵語句為：




4 運行測試

本監(jiān)控終端的硬件核心板采用華恒公司的HHARM2410-Kl，包括CPU模塊、Flash、SDRAM存儲部分。底板主要包括LCD及鍵盤、CAN／RS485通信模塊、以太網(wǎng)控制芯片、GPRS模塊等。核心板CPU采用三星公司2410芯片。2410芯片基于ARM920T內(nèi)核，ARM920T核由ARM9TDMI、存儲管理單元MMU和高速緩存三部分組成，運行頻率可達203MHz。MMU管理虛擬內(nèi)存，實現(xiàn)虛擬地址物理地址的轉(zhuǎn)換。與μCLinux相比,在ARM-Linux下可簡單地開發(fā)更強大的嵌入式程序。CAN總線通信芯片采用Microchip公司的MCP2510。它支持CAN2．OA、CAN2．OB兩種模式，與CAN總線通信能力更強。與國內(nèi)常用的SJAl000相比，MCP2510數(shù)據(jù)吞吐率高，使用簡單。

從www.sqlite.org下載源代碼包，本文選擇sqlite2．8．16并移植到ARM平臺。移植時采用army41unknown-linux編譯工具。移植時，在環(huán)境變量中要加入工具鏈的路徑，否則，即使Makefile文件指定絕對路徑，make時也會報錯。若采用靜態(tài)鏈接，strip過的庫，也可以使一個CGI程序達600KB，而采用動態(tài)鏈接只有十幾KB。為了使CGI程序不太大，采用了動態(tài)鏈接。WebServer選用boa，它支持認證及CGi，源碼開放易于移植，適合嵌入式應(yīng)用。用CGI應(yīng)用程序制作ramdisks映像，通過tftp下載燒寫到板子上，設(shè)置目標板的靜態(tài)IP為202．196．9．16，在宿主機上通過瀏覽器訪問目標板，CGI程序能正常訪問數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控界面運行正常。調(diào)試時要注意幾個問題：(1)庫要燒寫到板子上，否則即使調(diào)試好的程序在用nfs調(diào)試時，瀏覽器仍會報錯；(2)要根據(jù)boa.conf文件放置好CGI程序和HTML文件路徑；(3)調(diào)試時注意權(quán)限；(4)sqlite.so、sqlite.so.0、sqlite.so.0.8.6要放入板子／lib目錄。

嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite在電梯遠程監(jiān)控中的應(yīng)用，實現(xiàn)了電梯的嵌入式B／S監(jiān)控，符合監(jiān)控系統(tǒng)e網(wǎng)到底、成本低廉、界面友好、升級維護方便的趨勢，對于設(shè)備的嵌入式網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控和故障診斷具有重要的意義。同時為Web Services技術(shù)在工控領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。