工業控制系統中嵌入式數據庫的運用

祖利輝

摘要：嵌入式數據庫應用范圍比較廣泛，文章對嵌入式數據庫的環境開發進行分析，同時介紹其主要的構成模塊，并對各模塊的作用進行分析。與此同時，從技術優勢、任務功能執行、其他功能三個角度入手，對嵌入式數據庫在工業控制系統中的應用進行探討。

關鍵詞：工業控制系統;嵌入式數據庫;編程語言

0 引言

嵌入式技術發展速度比較快，為嵌入式數據庫的應用創造良好條件，與將其運用到工業控制系統中，可提高工業生產控制效果。與My SQL通用數據庫不同，不僅能夠在嵌入式硬件上運行，同時也可在多種移動設備上運行。從目前實際應用層面看，依托于SQLite的嵌入式數據庫，能夠實現系統數據的收集、查詢及存儲等功能，不僅能夠發揮組織內部數據的功能，還能進一步確保數據的使用效率，提高數據通信有效性。與此同時，通過嵌入式數據庫的運用，還能為工業控制系統多種功能的拓展提供一定便利，進而實現數據共享。

1 環境開發

對于嵌入式系統，其主要采用的編程語言包括Visual C++、C語言等，硬件設備則包括 微處理器、I/O通信板卡、ARM 單片機等，是集成化程度比較高的資源共享系統，對數據進行多種處理，如采集、保存、運輸等。將上述硬件設備應用到嵌入式系統中，同時配合使用數據庫信息管理技術，能夠為開發出基于數據管理的算法控制指令以及程序功能，從而保證通信設備結構、外部網絡傳感器之間的互聯互通，從而更好的響應用戶需求[1]。通過上述分析認為，在進行嵌入式系統開發過程中，要關注數據庫信息管理模塊的運行環境，從而及時掌握整個控制系統計算機、網絡、通信設備之間是否正確連接，分析連接狀態，從而使其更加滿足工業控制系統的要求，在特定環境中發揮重要作用，該系統運行環境特征主要包括：

（1）移動設備連接環境：要想充分保證嵌入式數據庫系統發揮自身作用，需要“信息管理模塊”的支持，并且將其與移動設備、計算機等進行連接。為此在開發設計時要構建設備連接環境，從使用情況看，移動設備連接環境不占有太多空間，僅通過API 函數以及HTTP接口就可以實現，一定程度上簡化了連接條件，為系統提供信息服務支撐[2]。

（2）網絡通信環境：基于嵌入式數據庫的工業控制系統，其對于網絡通信環境的要求主要為提供對稱性通信環境，這是因為嵌入式數據庫要想最終的數據共享，需要保證數據組織、傳輸的實時性，因此在開發信息管理模塊運行環境時，要關注后臺數據庫和網絡服務器與用戶端的連接。對稱的網絡通信環境設計，能夠確保嵌入式數據庫上行和下行通信載體為同一個寬帶，并對網絡服務器與移動設備之間的網絡延遲情況加以規范和控制，使數據共享功能更加完善，提高數據處理速度，實現安全存儲。

2 組成模塊

嵌入式數據庫系統組成比較復雜，主要包括嵌入式數據庫、主數據庫管理系統、同步服務器、 數據庫管理系統、數據庫應用程序、連接網絡等。

（1）嵌入式數據庫系統：嵌入式數據庫系統與主數據庫管理系統、同步服務器之間一般是獨立的模塊，各組成模塊正確連接后，即可對數據進行集中管理，不僅能夠提高數據收集的效率，還能對數據進行篩選，然后傳輸，確保數據安全儲存，實現數據的共享等。同時，利用同步服務器連接主數據庫管理系統，接收主數據庫所下達的操作指令，并予以相應，從而實現信息的同步[3]。

（2）同步服務器：其主要作用在于發揮“樞紐”作用，保證其他模塊的連接，同時也能夠確保數據庫系統中數據（結構化數據和非結構化數據）的實時同步。不僅如此，通過同步服務器，還能實現數據遷移和歸檔，保證數據庫系統中數據和信息的一致性。

（3）主數據庫管理系統：設置該系統的主要目的在于利用數據服務器自身所具備的功能模塊，對數據進行相應的處理，如數據存取、信息驗證、數據歸檔等。My SQL、Sybase以及Oracle等均是比較典型的主數據庫管理系統。

（4）通信網絡：嵌入式數據庫系統中各組成部分通常采用過一定的網絡連接裝置，通過通信網絡，實現計算機、移動設備與服務器的連接[4]。一般來說，嵌入式數據庫通信網絡需要借助無線局域網、紅外裝置以及通用串行總線等發揮功能。

3 嵌入式數據庫在工業控制系統中的應用

3.1技術優勢

基于嵌入式數據庫的信息管理模塊，在實際應用過程中，其技術優勢主要體現在保證數據傳輸的高效性和一致性以及提高數據安全。

（1）數據傳輸一致性：在嵌入式數據庫中，用于同步服務器和移動終端的連接，需要保持高度的一致性，才能確保數據的正確傳輸。為確保數據通信環境的安全和高效創建，需要分布式數據共享的支持，同時利用特定算法，使其具有高帶寬、低延遲的特點。用戶在此基礎上訪問數據庫系統中的相應服務器，對數據進行查詢。在這個過程中，主要是利用協調傳輸協議來確保數據傳輸的一致性。

（2）數據處理更高效：在進行數據處理或信息事務請求時，如果采用嵌入式數據庫，會顯著提升事務處理效率，這是因為嵌入式數據庫能夠結合數據傳送、接收的實時順序，確定好數據信息事務請求信息的優先級。例如，對于信息事務（小范圍空間），采用嵌入式數據庫，系統會優先處理網絡響應速度更快的請求，根據實際需要，智能化決定是否進行數據遷移、存儲等[5]。除此之外，嵌入式數據庫還能根據系統內部數據傳輸量確定如何操作，如上載及下載操作，并且記錄整個過程，根據記錄結果，最后用日志文件形式加以存儲。

（3）提高數據安全性：手機、網絡計算機等均屬于嵌入式設備，其使用過程中往往存在小范圍移動性，也就是非固定的工作環境，一定程度上會增加潛在的運行風險。SQLite嵌入式數據庫是實現系統中不同種類數據資源管理的關鍵，不僅對外部用戶系統訪問權限進行嚴格控制，同時限制數據信息存取。對于移動用戶終端，SQLite數據庫能夠及時認證訪問權限、加密數據等，防止數據被篡改，也避免數據丟失，最大程度上保證數據的安全性。

3.2任務功能執行

基于SQLite技術的嵌入式數據庫系統，可提高系統運行效率，該系統在執行任務時，主要分為兩個方面，一是對前端任務響應準確分析，二是對后端程序的調用。

（1）前端任務相應分析：系統在對前端任務的響應情況進行分析時，需要配合預處理器的使用，兩者協同完成“SQL語句”的收集，并對“SQLite命令”代碼進行識別，然后對數據進行轉化，為后端應用提供方便。在此過程中，要利用“HTMLPasser”來對“SQL語句”字節進行獲取，以“字符串”形式予以標記，最終生成編碼字節，執行虛擬機任務。

（2）后端程序調用：嵌入式數據庫主要是通過數據處理任務的執行來實現后端程序調用的，包括數據收集、數據組織、數據傳輸等過程。在對后端程序進行調用時，利用SQLite技術，數據庫會形成“B/B+樹”數據存儲模塊。也就是說，對數據元組集進行科學排列，構建樹狀結構，將數據信息、索引等相關內容存儲在結構域中。與此同時，嵌入式數據庫磁盤中，基于SQLite關系的系統，具有頁面調度功能，能夠及時調用樹形結構中的數據、信息、資料、文件。針對某個移動端的訪問進行及時響應，突出不同數據的屬性[6]。此外，后端程度調用功能還能提供相對統一的接口，實現不同數據庫之間的數據共享。

3.3其他功能執行

移動客戶端（外部）在進行數據訪問時，可實現平行讀取，這是因為嵌入式數據庫具有多進程特征，同時兼顧多線程特點。經過上述處理后，數據讀取的效率會明顯提高，為工業控制系統自由讀取數據提供有力支持。

結束語

綜上所述，現階段嵌入式數據庫大量運用，更具 SQLite 嵌入式數據庫技術被廣泛應用在工業控制系統中，對于SQLite 嵌入式數據庫而言，其使用優勢比較多，不僅能夠實現跨平臺，還具有易移植性，能夠實時進行交互，從而滿足用戶動態管理需要。文章結合實踐工作經驗，提出嵌入式數據庫在工業控制系統設計中的應用，并且基于SQLite技術對系統進行改進，從而進一步對工業控制系統進行完善。在具體實踐中，不僅要滿足用戶對自動控制系統的實際需要，也要對嵌入式數據庫程序的響應時間加以關注，不斷提升運行效率，并且對成本進行控制，為工業控制系統穩定運行發揮更多實際作用。

參考文獻

[1]徐海燕.艦船導航系統嵌入式數據庫信息可視化調度方法[J].艦船科學技術，2021，43（24）：82-84.

[2]張春坡.黑岱溝露天煤礦工業控制網絡安全防護技術研究與應用[J].煤炭工程，2021，53（S1）：144-148.

[3]景子奇，鄒兆年.嵌入式數據庫SQLite上多版本并發控制的設計與實現[J].計算機應用，2022，42（01）：140-147.

[4]王國飛，李質建.基于Web Service嵌入式數據庫同步更新解決方案[J].電腦知識與技術，2020，16（20）：51-52.

[5]張東晨，李文新.BM3803的嵌入式數據庫系統移植和應用研究[J].單片機與嵌入式系統應用，2019，19（01）：45-49.

[6]肖賀，薛鳴方，行鴻彥.嵌入式數據庫在自動氣象站中的應用研究[J].電子測量與儀器學報，2018，32（10）：197-202.