引言

　　隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和用戶對(duì)數(shù)據(jù)處理和管理需求的不斷提高，各種智能設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的緊密結(jié)合已經(jīng)得到了各方面的重視。不久的將來(lái)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)將無(wú)處不在?？v觀目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用情況，目前基于嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展的階段。

　　1 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)

　　1.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指支持某種特定計(jì)算模式或移動(dòng)計(jì)算的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它通常與操作系統(tǒng)和具體應(yīng)用集成在一起，運(yùn)行在智能型嵌入式設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備上。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的使用是采用程序驅(qū)動(dòng)，即由程序調(diào)用相應(yīng)的API來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取。具有體積小巧、快速高效、穩(wěn)定可靠、可移植性等特點(diǎn)，非常適用于嵌入式環(huán)境下的數(shù)據(jù)管理.。

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的主要設(shè)計(jì)思想如下圖1所示，在向上層應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)接口的同時(shí)，擺脫傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)僅僅由軟件驅(qū)動(dòng)的束縛，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際情況用SOC技術(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)硬件驅(qū)動(dòng)。軟件部分按SQL92標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)SQL語(yǔ)句的解析，實(shí)現(xiàn)事務(wù)管理功能、數(shù)據(jù)同步機(jī)制、數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)，軟件部分不關(guān)心數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)，用標(biāo)準(zhǔn)C實(shí)現(xiàn)，能同任何嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核一同編譯，能支持各嵌入式操作系統(tǒng)的安裝格式，由數(shù)據(jù)庫(kù)硬件驅(qū)動(dòng)專用芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的訪問(wèn)功能（存儲(chǔ)器讀寫，I/O通訊，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)接駁）。

　　圖1  嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

　　1.2. 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite

　　SQLite 是D. Richard Hipp 在2000年開(kāi)發(fā)的一個(gè)小型嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)。他是完全獨(dú)立的，不具有外部依賴性，可以較為方便地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。其源代碼完全開(kāi)放，可以用于任何用途，包括商業(yè)目的。SQLite 雖然是個(gè)極端輕量級(jí)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，卻保留了數(shù)據(jù)庫(kù)的大部分特征，他提供了對(duì)SQL92 標(biāo)準(zhǔn)的大多數(shù)支持:支持多表和索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動(dòng)。其主要特征如下：:

　　(1) 支持原子的、一致的、獨(dú)立的和持久的(ACID) 事務(wù)特性，即使系統(tǒng)崩潰和掉電。

　　(2) 零配置(Zero2configuration)，無(wú)需安裝和管理。

　　(3) 一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在單一磁盤文件中。

　　(4) 數(shù)據(jù)庫(kù)文件可以在不同字節(jié)順序的機(jī)器間自由共享。

　　(5) 支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)大小至2 TB。

　　(6) 字符串和二進(jìn)制大對(duì)象(BLOBs) 的大小僅被有效內(nèi)存限制。

　　(7) 源碼體積小，編譯后低于250 kB。

　　(8) 大部分的操作比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)引擎要快。

　　(9) 簡(jiǎn)單易用的API。

　　SQLite 由于小、快、簡(jiǎn)單、可靠,而且作者完全放棄版權(quán)，從他一發(fā)布出來(lái)，便深受歡迎。對(duì)于嵌人式環(huán)境,管理、執(zhí)行、維護(hù)的簡(jiǎn)單化比企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎提供的許多復(fù)雜應(yīng)用更重要,因此SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)很好的選擇。

　　2　SQLite 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)技術(shù)

　　2. 1  SQLite 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　SQLite 采用模塊化的設(shè)計(jì)，主要由4個(gè)部分組成:內(nèi)核(Core)、SQL編譯器( SQL Compiler)、后端(Backend)以及附件(Accessories)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 　SQLite 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　SQLite 的接口是一些已經(jīng)編寫好的C庫(kù)，即使使用不同語(yǔ)言的API，在底層仍然使用C 庫(kù)執(zhí)行。SQL語(yǔ)句通過(guò)接口進(jìn)入到高效的SQL編譯器，由標(biāo)記處理器( tokeni2zer)分解成檸檬分析器(par ser) 可以識(shí)別的各個(gè)標(biāo)志符，然后由分析器重新組合標(biāo)志符并調(diào)用代碼生成器(code generator) 生成虛擬機(jī)器碼，交由虛擬機(jī)( virtual machine)去執(zhí)行，終完成SQL 語(yǔ)句指定的任務(wù)。虛擬機(jī)是SQLite 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，不僅完成與數(shù)據(jù)操作相關(guān)的全部操作，而且還是客戶和存儲(chǔ)之間信息進(jìn)行交換的中間單元。數(shù)據(jù)庫(kù)按照B樹(shù)(B2t ree) 的形式存儲(chǔ)在磁盤上，通過(guò)可調(diào)整的頁(yè)面緩沖(pager) 獲得對(duì)數(shù)據(jù)的快速查找和存儲(chǔ)。為了方便移植,SQLite 使用一個(gè)抽象層接口(OS in2terface) 與不同操作系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。

　　2. 2  SQLite 開(kāi)發(fā)技術(shù)

　　SQLite 本身提供了C 語(yǔ)言的API 接口,使得對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作十分簡(jiǎn)單，主要是對(duì)3個(gè)API 函數(shù)的調(diào)用。

　　(1) 打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)

　　int sqlite3 open (

　　const char 3 filename , / 3 數(shù)據(jù)庫(kù)文件名(U TF28) 3 /

　　sqlite3 3 3 ppDb 　　/ 3 輸出SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)句柄3 /

　　) ;

　　(2) 執(zhí)行SQL

　　int sqlite3 exec (

　　sqlite3 3 , 　　　　　/ 3 已經(jīng)打開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)句柄3 /

　　const char 3 sql , 　　/ 3 要執(zhí)行的SQL 語(yǔ)句3 /

　　sqlite callback , 　　/ 3 回調(diào)函數(shù)3 /

　　void 3 , 　　　　　/ 3 回調(diào)函數(shù)的個(gè)參數(shù)3 /

　　char 3 3 errmsg 　　/ 3 錯(cuò)誤信息返回3 /

　　) ;

　　(3) 關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)

　　int sqlite3 close ( sqlite3 3 ) ; 　　/ 3 參數(shù)就是打開(kāi)時(shí)的結(jié)構(gòu)體,即數(shù)據(jù)庫(kù)句柄3 /

　　其中，sglite3 exec ( ) 函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)用來(lái)處理一條或多條SQL 語(yǔ)句，語(yǔ)句間必須用“;”號(hào)隔開(kāi)。如果是查詢(SEL ECT) 語(yǔ)句，查詢結(jié)果的每一條記錄都必須調(diào)用第三個(gè)參數(shù)的Callback 函數(shù)，第四個(gè)參數(shù)則為Callback 函數(shù)的個(gè)參數(shù)指針。如果不是查詢語(yǔ)句，第三、四個(gè)參數(shù)為NULL。所有SQL 執(zhí)行完畢后返回0，否則返回錯(cuò)誤代碼,可通過(guò)第五個(gè)參數(shù)值來(lái)查看詳細(xì)錯(cuò)誤信息。

　　3　SQLite 在ARM-Linux 平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)

　　SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)提供了以源碼發(fā)布的方式，要在眾多的硬件平臺(tái)進(jìn)行移植，可以根據(jù)不同平臺(tái)對(duì)源碼進(jìn)行交叉編譯來(lái)實(shí)現(xiàn)。編譯主要有以下幾個(gè)步驟：

　?、?到http :/ / www. sqlite. org/ 的cvs中的源代碼包，解壓并根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮髮⑸蓅qlite目錄，另外新建并轉(zhuǎn)到一個(gè)與sqlite目錄平行的同級(jí)目錄，如make目錄。

　　②用“echo ＄PATH”命令查看PATH中是否已經(jīng)包含交叉編譯工具arm linux gcc。

　?、蹫榱嗽贏RM Linux下能正常運(yùn)行sqlite，需要對(duì)sqlite/ src/ sqliteInt . h作一定的修改，以確保bt ree (B 樹(shù))有正確的變量大小，如“pt r”和“char 3 ”。不同體系結(jié)構(gòu)的Linux，如x86 和ARM，會(huì)有些差別。對(duì)于ARM2Linux可以找到如下部分：

　　# ifndef IN TPTR_ TYPE

　　# if SQL ITE_PTR_SZ = = 4

　　# define IN TPTR_ TYPE int

　　# else

　　# define IN TPTR_ TYPE long long

　　# endif

　　在上面的代碼前加上一句

　　# define SQL ITE_PTR_SZ 4

　　這樣后面的“typedef INTPTR_ TYPE pt r ;”就是定義的“int”類型，而不是“l(fā)ong long”。

　　④準(zhǔn)備使用configure進(jìn)行一些配置。請(qǐng)?jiān)趕qlite目錄下的configure中找到如下4處，并將他們注釋掉，這樣可以讓configure不去檢查你的交叉編譯環(huán)境。

　?、菪薷腗akefile文件。將代碼行BCC = arm linux gcc g O2 改成BCC = gcc g O2 。另外，一般是以靜態(tài)鏈接的形式將sqlite 放到ARM Linux 的硬件板上運(yùn)行的，所以繼續(xù)修改Makefile ，找到標(biāo)記為sqlite :的代碼段，將其中的libsqlite. la 改成. libs/ libsqlite. a 。做完上述修改，用make 生成sqlite 、libsqlite. a 、libsqlite. so 。為了減小執(zhí)行文件大小可以用st rip 處理，去掉其中的調(diào)試信息。

　　⑥在ARM 板上運(yùn)行sqlite。將sqlite 拷貝到ARM板上，方法很多，需要根據(jù)具體的情況來(lái)選擇。如ftp 、cm2 dftp 、wget 等。將sqlite到ARM 板的/ tmp 目錄，因?yàn)榇四夸浭强蓪懙?。修改?quán)限并運(yùn)行：

　　chmod + wx sqlite

　　. / sqlite test . sqlite

　　會(huì)出現(xiàn)

　　sqlite >

　　如果一切正常，現(xiàn)在sqlite已經(jīng)在ARM Linux下跑了起來(lái)，然后就可以基于此進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用開(kāi)發(fā)了。

　　4 SQLite 在ARM- Linux 系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)例

　　在基于Linux的媒體網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)(media network attached storage，Media NAS)系統(tǒng)中，選用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)作為NAS系統(tǒng)中媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，使得數(shù)字媒體播放設(shè)備通過(guò)UPnP ( universal plug-and-play)協(xié)議對(duì)NAS上的媒體文件進(jìn)行播放。該系統(tǒng)中用戶瀏覽媒體文件的流程如下：:

　　(1)當(dāng)用戶瀏覽NAS系統(tǒng)中的媒體文件時(shí)，執(zhí)行DatabaseOpen數(shù)據(jù)庫(kù)打開(kāi)操作。

　　(2)接著查找當(dāng)前的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)表，得到媒體文件的路徑，通過(guò)DatabaseExecute執(zhí)行SQL 查詢語(yǔ)句得到路徑。

　　(3)通過(guò)媒體文件的路徑打開(kāi)媒體文件，把媒體文件，通過(guò)UPnP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。SQLite的特點(diǎn)決定了它與應(yīng)用結(jié)合時(shí)的便捷性。作為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)，SQLite文件被保存為一個(gè)普通的磁盤二進(jìn)制文件，它無(wú)需一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程來(lái)提供服務(wù)，對(duì)SQLite數(shù)據(jù)文件的直接操作即可完成想要做的工作。結(jié)合應(yīng)用需求，在應(yīng)用層編寫了一組對(duì)SQLite的API調(diào)用操作的簡(jiǎn)單封裝，部分封裝函數(shù)如下:：

　　DatabaseOpen                             ；調(diào)用SQLite_open打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)文件

　　DatabaseClose                             ；調(diào)用SQLite_close關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)

　　DatabaseExecute                         ；執(zhí)行SQL命令

　　應(yīng)用層的部分封裝函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼如下：:

　　int DatabaseOpen ( struct DBObj3 db, const char3 dbName)

　　{

　　char3 pzErrMsg = NULL;

　　structDB Info3 pDB info;     / /數(shù)據(jù)庫(kù)文件指針

　　if (NULL = = dbName)               return 1;

　　pDBinfo = ( struct DB Info3 ) db - > priv;

　　pDBinfo - > stConnect = ( struct sqlite3 ) sqlite_open ( dbName, 0777, &pzErrMsg) ;

　　if ( NULL = = pDB info - > stConnect )

　　{

　　printf ( " db open error. \n" ) ;

　　return 1;

　　}

　　return 0;

　　}

　　int DatabaseExecute ( struct DBObj3 db, const char3 szSQL)

　　{

　　char3 pErrMsg = NULL;

　　int nErrorCode;

　　struct DB Info3 pDBinfo;

　　pDB info = ( structDB Info3 ) db —> priv;

　　nErrorCode = sqlite_exec ( ( struct sqlite 3 )(pDBinfo - > stConnect) ,

　　szSQL, NULL, NULL, &pErrMsg) ;

　　return nErrorCode;

　　}

　　可以看出,各個(gè)封裝函數(shù)是通過(guò)調(diào)用SQLite的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。在基于Linux操作系統(tǒng)上使用SQLite,經(jīng)測(cè)試嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)響應(yīng)迅速，運(yùn)行穩(wěn)定，用戶基本感覺(jué)不到命令延遲,在瀏覽聲音和圖像媒體時(shí)流暢自然，充分驗(yàn)證了使用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)越性。

　　5 總結(jié)

　　在經(jīng)過(guò)大量的分析對(duì)比之后，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，從眾多數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)行版中選出非常適用的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite。ARM-Linux下完成了對(duì)SQLite的編譯，并基于此在項(xiàng)目中作了進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)工作。實(shí)踐證明,SQLite能夠出色地完成嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用需求。