第３１卷第２期
２０１４年２月 计算机应用与软件
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｖ０１．３１ Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０１４
嵌入式数据库在工业控制系统中的应用
包理群 吕登峰 侯志伟。
（兰州工业学院电子信息工程系甘肃兰州７３００５０）
（甘肃省人民医院网络中心甘肃兰州７３００００）
（兰卅Ｉ交通大学电子信息工程学院甘肃兰州７３００７０）
摘要 针对嵌入式工业控制系统中数据管理的需求，提出一种采用嵌入式数据库的解决方案，实现了ＳＱＬｉｔｅ ３．０在ＡＲＭ—Ｌｉｎｕｘ
平台上的移植，完成了工业控制嵌入式数据库的设计与实现。测试表明，数据库性能稳定、可靠性高，增强了工业控制信息的完整
性，具有良好的共享性、可扩展性和可维护性，提高了嵌入式系统的数据处理能力和数据管理效率。
关键词 嵌入式数据库 工业控制 ＳＱＬｉｔｅ
中图分类号ＴＰ３９２ 文献标识码Ａ ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８６ｘ．２０１４．０２．０６８
ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ ｏＦ ＥＭＢＥＤＤＥＤ ＤＡＴＡＢＡＳＥ ＩＮ
ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＣｏＮＴＲｏＬ ＳＹＳＴＥＭＳ
Ｂａｏ Ｌｉｑｕｎ Ｌｉａ Ｄｅｎｇｆｅｎｇ Ｈｏｕ Ｚｈｉｗｅｉ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｐｅｏｐｌｅ＇ｓ Ｈｏｓｐｉｔａｌ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
（ＳｃｈＤ０ｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏ儿Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， 砌ｏｕ Ｊｉ８０ ， ０＂７３００７０，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄ—
ｄｅｄ ｄａｔａｂａｓｅ，ｉｔ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＱＬｉｔｅ３．０ ｏｎ ＡＲＭ—Ｌｉｎｕｘ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｃｏｍｐｌｅｔｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄａｔａｂａｓｅ．Ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄａｔａｂａｓｅ ｈａｓ ｓｔａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｈＪ【ｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｎｈａｎｃｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｆ０ｒ－ ｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｓｈａｒｉｎｇ，ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ，ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄａｔａｂａｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ＳＱＨｔｅ ＡＲＭ—Ｌｉｎｕｘ
０ 引 言
工业控制是嵌入式系统应用的一个重要方面，而基于ＡＲＭ
的工业控制和数据采集系统是目前国内外研究的主流 Ｉ３ Ｊ。一
方面随着现代工业控制系统复杂度的提高，其中需要存储和管
理的数据量也高速增长。另一方面随着传输数据增多，数据类 型越来越复杂，传统的基于文件的数据管理方式存在数据共享
性差、对大量数据的查询和统计能力不足等诸多问题，远远满足
不了应用需求。嵌入式数据库内核小，可裁减，可嵌入于应用程
序和处理能力受限的硬件环境，主要针对传统数据库不能应用
于嵌入式系统的缺陷。刘钟情 探讨了基于Ｂｅｒｋｅｌｅｙ ＤＢ数据
库的机房环境监控系统，实现了将一个随机数存人嵌入式数据
库；赵晓群等 提出了嵌入式数据库在自助导游文件系统中的
应用；庄致等 将嵌入式数据库Ｂｅｒｋｅｌｅｙ ＤＢ应用在桥梁实时监
测系统中，然而将嵌入式数据库应用于工业控制系统中的，国内
未见报道。本文将嵌入式数据库应用于工业控制系统中，研究
ＳＱ￣ｔｅ在ＡＲＭ—Ｌｉｎｕｘ平台上的移植和工业控制系统中嵌入式数
据库设计与实现。 １嵌入式数据库ＳＱＬｉｔｅ
１．１ ＳＱＬｉｔｅ简介
ＳＱＬｔｅ【７ｌ 是一种开源的易于管理、易于使用、易于维护和
配置的强有力的嵌入式数据库，是一个基于磁盘文件系统的关
系数据库，具有占用内存小、速度快、效率高及可移植性好等特
点，非常适合于硬件资源有限的嵌入式系统。ＳＱＬｉｔｅ有一个很
小的ｃ语言链接库，完全包含数据引擎功能，不用额外的设定
就能嵌入到其他程序中，ＳＱＬｉ＇ｔｅ提供了对ＳＱＬ９２的大多数支
持，包括表、索引、触发器和视图等。数据库的文件格式跨平台，
可以在３２位和６４位系统之间移植。
１．２ ＳＱＬｉｔｅ Ｃ／Ｃ＋＋接口
嵌入式数据库ＳＱＬｉｔｅ提供的ＡＰＩ接口使得对数据库的操
收稿日期：２０１２—１０—１３。甘肃省科技支撑项目（１１０４ＧＫＣＡ０３２）； 甘肃省高等学校科研项目资助（２０１３Ａ一１２７）；甘肃省自然科学研究基
金计划资助项目（１２０８ＲＪＺＡ１８６）。包理群，讲师，主研领域：智能信息处 理，嵌入式技术。吕登峰，工程师。侯志伟，硕士生。
２５４ 计算机应用与软件 ２０１４丘
作非常简便，主要功能接口函数如下 ：
（１）ｉｎｔ ｓｑｌｉｔｅ３一ｏｐｅｎ（ｃｏｎｓｔ ｃｈａｒ ，ｓｑｌｉｔｅ３ ）； 该接口打开与一个ＳＱＬｉｔｅ数据库文件的连接并返回一个
数据库连接对象。
（２）ｉｎｔ ｓｑｌｉｔｅ３一ｐｒｅｐａｒｅ（ｓｑｌｉｔｅ３ ｄｂ，ｃｏｎｓｔ ｃｈａｒ ｚＳｑｌ，ｉｎｔ
ｎＢｙｔｅ，ｓｑｌｉｔｅ３ｓｔｍｔ ｐｐＳｔｍｔ，ｃｏｎｓｔ ｃｈａｒ ｐｚＴａｉｌ）；
该接口把一个ＳＱＬ语句文本转换成一个预处理语句对象 并返回一个指向该对象的指针。
（３）ｉｎｔ ｓｑｌｉｔｅ３一ｓｔｅｐ（ｓｑｌｉｔｅ３一ｓｔｍｔ￥）； 该接口用于解析一个由先前通过ｓｑｌｉｔｅ３一ｐｒｅｐａｒｅ（）接口创
建的预处理语句，直至返回第一列结果为止。
（４）ｓｑｌｉｔｅ３一ｃｏｌｕｍｎ（）；
该接ＦＪ返回一个由ｓｑｌｉｔｅ３一ｓｔｅｐ（）解析的预处理语句结果
集中当前行的某一列数据，ＳＱＬｉｔｅ ＡＰＩ中是一组用于从结果集
中查询出各个列项各种数据类型数据的函数接口。
（５）ｉｎｔ ｓｑｌｉｔｅ３＿ｆｉｎａｌｉｚｅ（ｓｑｌｉｔｅ３＿ｓｔｍｔ ｐＳｔｍｔ）；
该接口销毁之前调用ｓｑｌｉｔｅ３＿ｐｒｅｐａｒｅ（）创建的预处理语句， 每一个预处理语句都必须调用这个接ＶＩ进行销毁以避免内存
泄漏。
（６）ｉｎｔ ｓｑｌｉｔｅ３一ｃｌｏｓｅ（ｓｑｌｉｔｅ３ ）；
该接口关闭一个由之前调用ｓｑｌｉｔｅ３一ｏｐｅｎ（）创建的数据库
连接。所有与该连接相关的预处理句都必须在关闭连接之前
销毁。
（７）ｉｎｔ ｓｑｌｉｔｅ３一ｅｘｅｃ（ｓｑｌｉｔｅ３ ，ｃｏｎｓｔ ｃｈａｒ￥ｓｑｌ，ｓｑｌｉｔｅ—ｃａｌｌ
ｂａｃｋ，ｖｏｉｄ￥，ｃｈａｒ ｅｒｒｍｓｇ）；
该接口第二个参数用来处理一条或多条ＳＱＬ语句，语句问
必须用“；”号隔开。
１．３ ＳＱＬｉｔｅ在ＡＲＭ・Ｌｉｎｕｘ平台上的移植
ＳＯＬｉｔｅ嵌入式数据库提供了源码发布的方式，本文根据三
星￥３Ｃ２４１０开发板硬件平台，对源码进行交叉编译，移植过程主
要有以下几个步骤 ：
（１）交叉编译环境建立 安装ａｒｍｙ４１一ｕｎｋｎｏｗｕ—ｌｉｎｕｘ—ｇｃｃ交又编译器，修改配置文件
ｐｒｏｆｉｌｅ以便在任何目录下直接使用交叉编译器。
．／Ｉｎｓｔａｌｌ ｖｉ／ｅｔｃ／ｐｒｏｆｉｌｅ 加入语句：ｐａｔｈｍｕｎｇｅ／ｏｐｔ／ｈｏｓｔ／ａｒｍｖ４ｌ／ｂｉｎ。
下载ＳＱＬｉｔｅ ３源代码 ｓｑｌｉｔｅ—ａｕｔｏｃｏｎｆ－３０７１ １００．ｔａｒ．ｇｚ，解压
ＳＱＬｉｔｅ ３．７．１３￣ｌｌ／ｈｏｍｅ／ｓｑｌｉｔｅ一３．７．１３，并创建文件夹ｓｑｌｉｔｅ－ａｒＦａ—
ｌｉｎｕｘ。
ｔａｒ—ｚｘｖｆ ｓｑｌｉｔｅ—ａｕｔｏｃｏｎｆ－３０７１ １００．ｔａｒ．ｇｚ／ｈｏｍｅ／ｓｑｌｉｔｅ一３．７．１３
ｃｄ／ｈｏｍｅ／ｓｑｌｉｔｅ一３．７．１３ ‘ ｍｋｄｉｒ ｓｑｌｉｔｅ—ａｒｎ１．．１ｉｎｕｘ ｅｘｐｏｒｔ ｃｏｎｆｉｇ ＴＡＲＧＥＴ—ＣＣ＝ａｒｍｙ４１一ｕｎｋｎｏｗｎ。ｌｉｎｕｘ。ｇｃｃ （４）编译并安装
ｍａｋｅ＆＆ｍａｋｅ ｉｎｓｔａｌｌ 成功后，在／ｈｏｍｅ／ｓｑｌｉｔｅ一３．７．１３／ｓｑｌｉｔｅ—ａｒｌｎ—ｌｉｎｕｘ／ｌｉｂ目录下
生成库文件。
（５）移植
将库文件移植到ＡＲＭ开发板的／ｕｓｒ／ｓｑｌｉｔｅ／ｌｉｂ目录下，至 此，ＳＱＬｉｔｅ在ＡＲＭ．Ｌｉｎｕｘ平台上已经移植成功，应用程序在开发
板上运行时就可以使用ＳＱＬｉｔｅ提供的库函数，本文基于此进行
嵌入式数据库应用开发。
２工业控制系统中嵌入式数据库设计与实现
图１所示是一个典型的采用了嵌入式数据库的工业控制系
统结构图，将描述各相应控制点的数据记录存入嵌入式数据
库 ，包括预设参数信息、设备基本信息、实时测控信息和故障
信息等，其中预设参数信息和设备基本信息由用户设定和录入，
实时测控信息和故障信息由外部传感器采集并通过数据处理程
序（借助ＳＱＬｉｔｅ Ｃ／Ｃ＋＋接口）存储到嵌入式数据库内，应用程
序通过对数据库记录的处理就可以实时获取和更新各控制点的
状态，发出命令，达到实时监测和控制的目的 。
（２）修改／ｈｏｍｅ／ｓｑｌｉｔｅ。３・７・１３目录下的ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ文件 图１采用嵌入式数据库的工业控制系统结构图
ｃｄ／ｈｏｍｅ／ｓｑｌｉｔｅ－３．７．１３／ｓｑｌｉｔｅ—ａｉｍ．１ｉｎｕｘ
．／ｃ。 ｇｕｒｅ．．ｄｉｓａｂｌｅ ｌ＿＿ｐ ｘ：／ｈ。ｍｅ／ｓｑｌｉｔｅ ３．７．１３／ｓｑｌｉｔｅ．ａ丌ｎ一 ２・１ 数据库设计与实现
ｌｉｎｕｘ／…ｈｏｓｔ ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ 生成了Ｍａｋｅｆｉｌｅ文件，将在ｍａｋｅ时用到。
（３）设置交叉编译环境
设置ｃｏｎｆｉｇ＿ＴＡＲＧＥＴ—ＣＣ和ｃｏｎｆｉｇ—ＢＵＩＬＤ—ＣＣ两个环境变
量。ｃｏｎｆｉｇ＿ＴＡＲＧＥＴ—ＣＣ是交叉编译器，ｃｏｎｆｉｇ—ＢＵＩＬＤ—ＣＣ是主
机编译器：
ｅｘｐｏｒｔ ｃｏｎｆｉｇ—ＢＵＩＬＤ—ＣＣ＝ｇｃｃ 工业控制系统中需管理的数据主要包括预设参数信息、设
备基本信息、实时测控信息和故障信息，创建４个数据表：Ｄｅ—
ｆａｕｌｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ—ＩＤ，ｐａｒａｍｅｔｅｒ—ｎａｍｅ，ｃｕｒｒｅｎｔ—ｖａｌｕｅ，
ｍｏｄｉｆｙ，ｍｏｄｉｆｙｔｉｍｅ）；ｄｅｖｉｃｅ—ｉｎｆｏｒ（ｄｅｖｉｃｅ—ｎｏ，ｄｅｖｉｃｅ—ｎａｍｅ，ｕｎｉｔ，
ｒａｎｇｅ—ｍａｘ，ｒａｎｇｅ—ｍｉｎ）；ｄｅｖｉｃｅ—ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ（ＩＤ，ｔｅｒｍ—ｄａｔａ，ｔｉｍｅ，ｄｅ—
ｖｉｃｅ—ＩＤ）；ｆａｕｌｔ—ｉｎｆｏｒ（ｆａｕｌｔ—ｃｏｄｅ，ｎｏｔｉｃｅ，ｍａｌ—ｃａｕｓｅ，ｐｒｏｊｅｃｔ—
ｃｈｅｃｋ）。