嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫最優(yōu)訪問路徑自動檢測系統(tǒng)設計

黃海軍 韓紅章 趙小榮

摘? 要： 傳統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫最優(yōu)訪問路徑自動檢測系統(tǒng)在檢測過程中覆蓋率低，準確性差。針對上述問題，設計了一種新的系統(tǒng)，硬件由采集器模塊、處理器模塊和檢測器模塊三部分組成，利用CAN總線連接硬件設備。采集器模塊的運行系統(tǒng)為PC104系統(tǒng)，內部裝有16 GB CF卡存儲器，配合軟件工作，選用智能采集通信節(jié)點C805 1 FO103作為通信節(jié)點;處理器模塊內部擁有寄存器單元、算術邏輯單元、輸入/輸出單元，通過EAD?STROBE脈沖控制信息輸入，利用WEAR?FAFAVD脈沖信號執(zhí)行輸出操作。軟件分為系統(tǒng)上電復位、信息采集、信息處理三步。為檢測系統(tǒng)工作效果，與傳統(tǒng)系統(tǒng)進行實驗對比，結果表明，給出的檢測系統(tǒng)覆蓋率更高，準確性更好。

關鍵詞： 嵌入式; 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫; 最優(yōu)訪問路徑; 自動檢測; 脈沖信號; 覆蓋率

中圖分類號： TN710?34; TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）13?0159?04

Design of automatic detection system for optimal access path

of embedded network database

HUANG Haijun， HAN Hongzhang， ZHAO Xiaorong

（School of Computer Engineering， Jiangsu University of Technology， Changzhou 213001， China）

Abstract： A new system is designed in view that the traditional automatic detection system for optimal access path of embedded network database has low coverage and poor accuracy in the detection process. The system hardware consists of three parts， named collector module， processor module and detector module. The CAN （controller area network） bus is used to connect the hardware equipment. The operation system of the collector module is PC104 system， equipped with 16 GB CF card memory to work with the software. The intelligent acquisition communication node C805 1 FO103 is used as the communication node. The processor module is internally provided with the register unit， arithmetic logic unit and input/output unit. The EAD?STROBE pulse is used to control the information input and WEAR?FAFAVD pulse signals are used to perform the output operation. The software is divided into system power?on reset， information acquisition and information processing. Contrastive experiments were performed to detect the working effect of the system. The results show that the proposed detection system has higher coverage and better accuracy.

Keywords： embedded type; network database; optimal access path; automatic detection; pulsing signal; coverage rate

0? 引? 言

嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫具備獨特的運行模式，將其應用到程序中，可以去掉與客戶機服務器配置相關設備的開銷。嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫占用內存小，使用代碼精簡，運行速度快，工作效果理想。在不受到外界干擾的情況下，嵌入式系統(tǒng)可以長時間工作[1]。目前，嵌入式軟件系統(tǒng)的開發(fā)技術已經(jīng)成熟，系統(tǒng)內部的管理模式更加成熟、高效、穩(wěn)定，嵌入式數(shù)據(jù)庫是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，在確保嵌入式系統(tǒng)穩(wěn)定運行發(fā)揮著重要作用[2]。

嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫最優(yōu)訪問路徑自動檢測系統(tǒng)具備檢測數(shù)據(jù)庫訪問路徑的功能，并且能夠在多個訪問路徑中確定出最優(yōu)訪問路徑[3]。用戶最優(yōu)路徑預測、推薦是目前嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫挖掘的一個重要方向，檢測系統(tǒng)能夠向用戶推廣有效的訪問路徑，提高搜索引擎的服務效果，為用戶提供個性化訪問服務[4]。

近年來，對于嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫最優(yōu)訪問路徑自動檢測系統(tǒng)的研究較多，目前的檢測系統(tǒng)多是根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡算法、關聯(lián)規(guī)則算法、聚類算法提出的。其中，關聯(lián)規(guī)則算法和聚類算法得到了廣泛的推廣，關聯(lián)算法能夠對用戶的瀏覽歷史進行訪問，分析用戶的瀏覽記錄，推廣關聯(lián)信息，檢測適合用戶的最優(yōu)訪問路徑，但是這種方法過于受到支持度和置信度的影響，如果選擇不當，就會加長計算時間，降低推薦性能。聚類算法是根據(jù)用戶訪問界面的布爾量進行推廣的，采取的信息過于單一，難以準確檢測到最優(yōu)訪問路徑[5]。

本文在傳統(tǒng)研究的基礎上，設計了一種新的最優(yōu)訪問路徑自動檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)能夠同時檢測出多個訪問路徑，根據(jù)用戶平時瀏覽的資料以及每個路徑的性能選取最優(yōu)路徑進行推廣。為驗證系統(tǒng)性能，設計了實驗研究。

1? 自動檢測系統(tǒng)硬件設計

本文設計的嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫最優(yōu)訪問路徑自動檢測系統(tǒng)硬件主要包括三部分：采集器模塊、處理器模塊和檢測器模塊，通過CAN總線上傳給中心系統(tǒng)。采集器負責采集外部信息，將每個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的信息匯總到一起;處理器負責處理采集器采集到的信息，通過動態(tài)曲線圖反映處理結果;檢測器負責檢測最優(yōu)訪問路徑，并將檢測結果加以比較，綜合分析用戶的瀏覽愛好，選出最后的結果，推薦給用戶[6]。

嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫最優(yōu)訪問路徑自動檢測系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。

觀察圖1可知，嵌入式信息處理模塊是本文設計的自動檢測系統(tǒng)的核心單元，不僅負責信息的處理工作，而且負責將后期得到的信息反饋給中心系統(tǒng)，同時接收外界用戶信息。處理器會根據(jù)指令進行日常必要的維護工作，從而滿足檢測系統(tǒng)的本地維護要求和遠程維護要求[7]。

系統(tǒng)內部使用的冗余總線為CAN總線，每個采集器和處理器中間都會有2路獨立的CAN通道，系統(tǒng)在正常運行時，僅有1路CAN通道和1條CAN總線工作，另1路CAN通道和另1條CAN總線處于備份狀態(tài)，如果其中一個設備出現(xiàn)故障，備份設備將會啟用工作。但是任何時間，工作的CAN總線僅有1條，CAN通道僅有1路。

CAN總線控制器控制CAN總線工作，能夠診斷系統(tǒng)故障，當診斷到系統(tǒng)故障時，控制器會自動啟動“關閉模式”，檢測系統(tǒng)進入離線狀態(tài)，警報器發(fā)出警報聲，提醒工作人員采取有效的方法解決。

1.1? 采集器模塊設計

本文選用的采集器串行總線為CAN總線，CAN總線是目前工業(yè)現(xiàn)場常用的串行總線，位速率高，抗電磁干擾能力強，當采集器內部出現(xiàn)故障時，CAN總線能夠迅速監(jiān)測到故障，并且對監(jiān)測到的故障進行處理，可靠性高、靈活性強、實時性好，對于信息采集有著很好的促進作用[8]。傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)采集器內部選用的總線為單總線，一旦總線通信出現(xiàn)故障，整個采集器都難以工作，對于遠程監(jiān)測和控制工作起到很大的負面作用，甚至會造成危險，難以維修。單線總線出現(xiàn)故障之后，采集器采集到的所有信息都會丟失。加入了冗余CAN總線后，上述問題得到了很好的解決[9]。

為了滿足檢測系統(tǒng)的復雜性，本文設計的采集模塊CAN總線接入方式為嵌入式接入，采集模塊的硬件組成結構如圖2所示。

觀察圖2可知，CAN總線接口設定為開發(fā)接口，數(shù)據(jù)采集器的運行系統(tǒng)為PC104系統(tǒng)，采集器能夠對外界信息進行篩選，并且顯示出采集到的信息狀態(tài)。外圍控制接口和維護接口都為輔助接口，與CAN總線接口配合工作，幫助系統(tǒng)更好的運行。采集器模塊內部的嵌入式處理單元和中心操控系統(tǒng)通過雙CAN總線連接到一起[10]。

本文設計的采集器模塊能夠對現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)進行實時采集，同時接收本地命令和遠程命令。采集模塊的采集單元使用的架構為X86架構，配合PC104計算機系統(tǒng)和CAN總線完成高質量采集。采集器最高運行速度可以達到300 MHz，模塊外部擁有豐富的接口，內部裝有16 GB CF卡存儲器，配合軟件工作，方便調試和后期維修。為了更好地滿足CAN總線通信接口要求，采集器模塊中加入了SEM/CSD?4通信器，4路串行接口和8路并行接口同時工作，為系統(tǒng)日后的升級工作保留巨大空間[11]。

采集器的智能采集通信節(jié)點為C805 1 FO103，以高集成的方式組建所有元件，減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)功耗，提高系統(tǒng)可靠性。采集器模塊內部設置的看門狗超時周期為1.25 s，通過CAN控制器實現(xiàn)冗余總線CAN接口。采集器模塊電路圖如圖3所示。

觀察圖3可知，當模擬信號進入采集器之后，首先會通過二階低通濾波器進行濾波處理，然后送入放大器放大電路信號，最后通過12位ADC對數(shù)據(jù)進行采樣和增益轉換。

1.2? 處理器模塊設計

處理器模塊選用的CPU為DSP TSAHU3，內部擁有32位×32位的并行硬件乘法器，結構緊密。處理器模塊內部資源豐富，擁有20個通用寄存器和18位指令系統(tǒng)，內部的地址線寬度最高可以達到12位，尋址空間[12]為1.5 Kb。處理器利用FPGA位流將文件傳給存儲器，處理器模塊外圍不需要設定多個存儲器元件。處理器模塊內部結構如圖4所示。

1） 通用寄存器。處理器模塊內部共有8個通用寄存器，工作位數(shù)都為8位，負責完成數(shù)據(jù)讀/寫工作，同時輸入/輸出信息，所有的信息都可以反饋給用戶。模塊內部沒有特殊功能寄存器。

2） 算術邏輯單元[13]。提供8位運算，借助寄存器提供的操作數(shù)據(jù)完成操作，得到的計算結果也會反饋給寄存器。除了普通的運算工作，算術邏輯單元還可以進行布爾操作，使處理器具有靈活的移位操作功能。

3） 輸入/輸出單元。處理器內部擁有284個輸入口和284個輸出口，通過一個8位的地址譯碼器控制輸入信號和輸出信號，輸入口和輸出口中的地址既可以是絕對地址，也可以是間接地址。處理器模塊在輸入信息時，寄存器啟動工作，通過READ?STROBE脈沖指示運行的信號，利用Ploc Blaze截取信號。處理器模塊在輸出信息時，寄存器會將得到的信號傳送到輸出口中，通過WEAR?FAFAVD脈沖信號執(zhí)行輸出操作，確保處理器傳出的信號數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)。