引言

　　隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應用和用戶對數(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。不久的將來嵌入式數(shù)據(jù)庫將無處不在?？v觀目前國際、國內(nèi)嵌入式數(shù)據(jù)庫的應用情況，目前基于嵌入式數(shù)據(jù)庫應用的市場已經(jīng)進入加速發(fā)展的階段。

　　1 嵌入式數(shù)據(jù)庫

　　1.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指支持某種特定計算模式或移動計算的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它通常與操作系統(tǒng)和具體應用集成在一起，運行在智能型嵌入式設(shè)備或移動設(shè)備上。嵌入式數(shù)據(jù)庫的使用是采用程序驅(qū)動，即由程序調(diào)用相應的API來實現(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，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)庫的主要設(shè)計思想如下圖1所示，在向上層應用提供標準的數(shù)據(jù)庫接口的同時，擺脫傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫僅僅由軟件驅(qū)動的束縛，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的實際情況用SOC技術(shù)同時實現(xiàn)硬件驅(qū)動。軟件部分按SQL92標準實現(xiàn)SQL語句的解析，實現(xiàn)事務(wù)管理功能、數(shù)據(jù)同步機制、數(shù)據(jù)的備份和恢復，軟件部分不關(guān)心數(shù)據(jù)的實際存儲，用標準C實現(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)庫硬件驅(qū)動專用芯片實現(xiàn)對實際數(shù)據(jù)的訪問功能（存儲器讀寫，I/O通訊，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫接駁）。

　　圖1  嵌入式數(shù)據(jù)庫驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖

　　1.2. 嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite

　　SQLite 是D. Richard Hipp 在2000年開發(fā)的一個小型嵌入式數(shù)據(jù)庫。他是完全獨立的，不具有外部依賴性，可以較為方便地應用于嵌入式系統(tǒng)中。其源代碼完全開放，可以用于任何用途，包括商業(yè)目的。SQLite 雖然是個極端輕量級的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，卻保留了數(shù)據(jù)庫的大部分特征，他提供了對SQL92 標準的大多數(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。其主要特征如下：:

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

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

　　(3) 一個完整的數(shù)據(jù)庫存儲在單一磁盤文件中。

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

　　(5) 支持數(shù)據(jù)庫大小至2 TB。

　　(6) 字符串和二進制大對象(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)庫引擎要快。

　　(9) 簡單易用的API。

　　SQLite 由于小、快、簡單、可靠,而且作者完全放棄版權(quán)，從他一發(fā)布出來，便深受歡迎。對于嵌人式環(huán)境,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雜應用更重要,因此SQLite 數(shù)據(jù)庫是一個很好的選擇。

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

　　2. 1  SQLite 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　SQLite 采用模塊化的設(shè)計，主要由4個部分組成: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，即使使用不同語言的API，在底層仍然使用C 庫執(zhí)行。SQL語句通過接口進入到高效的SQL編譯器，由標記處理器( tokeni2zer)分解成檸檬分析器(par ser) 可以識別的各個標志符，然后由分析器重新組合標志符并調(diào)用代碼生成器(code generator) 生成虛擬機器碼，交由虛擬機( virtual machine)去執(zhí)行，終完成SQL 語句指定的任務(wù)。虛擬機是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之間信息進行交換的中間單元。數(shù)據(jù)庫按照B樹(B2t ree) 的形式存儲在磁盤上，通過可調(diào)整的頁面緩沖(pager) 獲得對數(shù)據(jù)的快速查找和存儲。為了方便移植,SQLite 使用一個抽象層接口(OS in2terface) 與不同操作系統(tǒng)進行對接。

　　2. 2  SQLite 開發(fā)技術(shù)

　　SQLite 本身提供了C 語言的API 接口,使得對數(shù)據(jù)庫的操作十分簡單，主要是對3個API 函數(shù)的調(diào)用。

　　(1) 打開數(shù)據(jù)庫

　　int sqlite3 open (

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

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

　　) ;

　　(2) 執(zhí)行SQL

　　int sqlite3 exec (

　　sqlite3 3 , 　　　　　/ 3 已經(jīng)打開的數(shù)據(jù)庫句柄3 /

　　const char 3 sql , 　　/ 3 要執(zhí)行的SQL 語句3 /

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

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

　　char 3 3 errmsg 　　/ 3 錯誤信息返回3 /

　　) ;

　　(3) 關(guān)閉數(shù)據(jù)庫

　　int sqlite3 close ( sqlite3 3 ) ; 　　/ 3 參數(shù)就是打開時的結(jié)構(gòu)體,即數(shù)據(jù)庫句柄3 /

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

　　3　SQLite 在ARM-Linux 平臺上的實現(xiàn)

　　SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫提供了以源碼發(fā)布的方式，要在眾多的硬件平臺進行移植，可以根據(jù)不同平臺對源碼進行交叉編譯來實現(xiàn)。編譯主要有以下幾個步驟：

　　① 到http :/ / www. sqlite. org/ 的cvs中的源代碼包，解壓并根據(jù)需要進行適當?shù)男薷暮髮⑸蓅qlite目錄，另外新建并轉(zhuǎn)到一個與sqlite目錄平行的同級目錄，如make目錄。

　?、谟谩癳cho ＄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下能正常運行sqlite，需要對sqlite/ src/ sqliteInt . h作一定的修改，以確保bt ree (B 樹)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，會有些差別。對于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準備使用configure進行一些配置。請在sqlite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 的硬件板上運行的，所以繼續(xù)修改Makefile ，找到標記為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)具體的情況來選擇。如ftp 、cm2 dftp 、wget 等。將sqlite到ARM 板的/ tmp 目錄，因為此目錄是可寫的。修改權(quán)限并運行：

　　chmod + wx sqlite

　　. / sqlite test . sqlite

　　會出現(xiàn)

　　sqlite >

　　如果一切正常，現(xiàn)在sqlite已經(jīng)在ARM Linux下跑了起來，然后就可以基于此進行進一步的應用開發(fā)了。

　　4 SQLite 在ARM- Linux 系統(tǒng)中應用實例

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

　　(1)當用戶瀏覽NAS系統(tǒng)中的媒體文件時，執(zhí)行DatabaseOpen數(shù)據(jù)庫打開操作。

　　(2)接著查找當前的SQLite數(shù)據(jù)庫表，得到媒體文件的路徑，通過DatabaseExecute執(zhí)行SQL 查詢語句得到路徑。

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

　　DatabaseOpen                             ；調(diào)用SQLite_open打開數(shù)據(jù)庫文件

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

　　DatabaseExecute                         ；執(zhí)行SQL命令

　　應用層的部分封裝函數(shù)的實現(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,各個封裝函數(shù)是通過調(diào)用SQLite的API函數(shù)實現(xiàn)的。在基于Linux操作系統(tǒng)上使用SQLite,經(jīng)測試嵌入式數(shù)據(jù)庫響應迅速，運行穩(wěn)定，用戶基本感覺不到命令延遲,在瀏覽聲音和圖像媒體時流暢自然，充分驗證了使用SQLite數(shù)據(jù)庫的優(yōu)越性。

　　5 總結(jié)

　　在經(jīng)過大量的分析對比之后，針對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的特點，從眾多數(shù)據(jù)庫發(fā)行版中選出非常適用的嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite。ARM-Linux下完成了對SQLite的編譯，并基于此在項目中作了進一步的開發(fā)工作。實踐證明,SQLite能夠出色地完成嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫應用需求。