工业控制系统中嵌入式数据库的运用

祖利辉

摘要：嵌入式数据库应用范围比较广泛，文章对嵌入式数据库的环境开发进行分析，同时介绍其主要的构成模块，并对各模块的作用进行分析。与此同时，从技术优势、任务功能执行、其他功能三个角度入手，对嵌入式数据库在工业控制系统中的应用进行探讨。

关键词：工业控制系统;嵌入式数据库;编程语言

0 引言

嵌入式技术发展速度比较快，为嵌入式数据库的应用创造良好条件，与将其运用到工业控制系统中，可提高工业生产控制效果。与My SQL通用数据库不同，不仅能够在嵌入式硬件上运行，同时也可在多种移动设备上运行。从目前实际应用层面看，依托于SQLite的嵌入式数据库，能够实现系统数据的收集、查詢及存储等功能，不仅能够发挥组织内部数据的功能，还能进一步确保数据的使用效率，提高数据通信有效性。与此同时，通过嵌入式数据库的运用，还能为工业控制系统多种功能的拓展提供一定便利，进而实现数据共享。

1 环境开发

对于嵌入式系统，其主要采用的编程语言包括Visual C++、C语言等，硬件设备则包括 微处理器、I/O通信板卡、ARM 单片机等，是集成化程度比较高的资源共享系统，对数据进行多种处理，如采集、保存、运输等。将上述硬件设备应用到嵌入式系统中，同时配合使用数据库信息管理技术，能够为开发出基于数据管理的算法控制指令以及程序功能，从而保证通信设备结构、外部网络传感器之间的互联互通，从而更好的响应用户需求[1]。通过上述分析认为，在进行嵌入式系统开发过程中，要关注数据库信息管理模块的运行环境，从而及时掌握整个控制系统计算机、网络、通信设备之间是否正确连接，分析连接状态，从而使其更加满足工业控制系统的要求，在特定环境中发挥重要作用，该系统运行环境特征主要包括：

（1）移动设备连接环境：要想充分保证嵌入式数据库系统发挥自身作用，需要“信息管理模块”的支持，并且将其与移动设备、计算机等进行连接。为此在开发设计时要构建设备连接环境，从使用情况看，移动设备连接环境不占有太多空间，仅通过API 函数以及HTTP接口就可以实现，一定程度上简化了连接条件，为系统提供信息服务支撑[2]。

（2）网络通信环境：基于嵌入式数据库的工业控制系统，其对于网络通信环境的要求主要为提供对称性通信环境，这是因为嵌入式数据库要想最终的数据共享，需要保证数据组织、传输的实时性，因此在开发信息管理模块运行环境时，要关注后台数据库和网络服务器与用户端的连接。对称的网络通信环境设计，能够确保嵌入式数据库上行和下行通信载体为同一个宽带，并对网络服务器与移动设备之间的网络延迟情况加以规范和控制，使数据共享功能更加完善，提高数据处理速度，实现安全存储。

2 组成模块

嵌入式数据库系统组成比较复杂，主要包括嵌入式数据库、主数据库管理系统、同步服务器、 数据库管理系统、数据库应用程序、连接网络等。

（1）嵌入式数据库系统：嵌入式数据库系统与主数据库管理系统、同步服务器之间一般是独立的模块，各组成模块正确连接后，即可对数据进行集中管理，不仅能够提高数据收集的效率，还能对数据进行筛选，然后传输，确保数据安全储存，实现数据的共享等。同时，利用同步服务器连接主数据库管理系统，接收主数据库所下达的操作指令，并予以相应，从而实现信息的同步[3]。

（2）同步服务器：其主要作用在于发挥“枢纽”作用，保证其他模块的连接，同时也能够确保数据库系统中数据（结构化数据和非结构化数据）的实时同步。不仅如此，通过同步服务器，还能实现数据迁移和归档，保证数据库系统中数据和信息的一致性。

（3）主数据库管理系统：设置该系统的主要目的在于利用数据服务器自身所具备的功能模块，对数据进行相应的处理，如数据存取、信息验证、数据归档等。My SQL、Sybase以及Oracle等均是比较典型的主数据库管理系统。

（4）通信网络：嵌入式数据库系统中各组成部分通常采用过一定的网络连接装置，通过通信网络，实现计算机、移动设备与服务器的连接[4]。一般来说，嵌入式数据库通信网络需要借助无线局域网、红外装置以及通用串行总线等发挥功能。

3 嵌入式数据库在工业控制系统中的应用

3.1技术优势

基于嵌入式数据库的信息管理模块，在实际应用过程中，其技术优势主要体现在保证数据传输的高效性和一致性以及提高数据安全。

（1）数据传输一致性：在嵌入式数据库中，用于同步服务器和移动终端的连接，需要保持高度的一致性，才能确保数据的正确传输。为确保数据通信环境的安全和高效创建，需要分布式数据共享的支持，同时利用特定算法，使其具有高带宽、低延迟的特点。用户在此基础上访问数据库系统中的相应服务器，对数据进行查询。在这个过程中，主要是利用协调传输协议来确保数据传输的一致性。

（2）数据处理更高效：在进行数据处理或信息事务请求时，如果采用嵌入式数据库，会显著提升事务处理效率，这是因为嵌入式数据库能够结合数据传送、接收的实时顺序，确定好数据信息事务请求信息的优先级。例如，对于信息事务（小范围空间），采用嵌入式数据库，系统会优先处理网络响应速度更快的请求，根据实际需要，智能化决定是否进行数据迁移、存储等[5]。除此之外，嵌入式数据库还能根据系统内部数据传输量确定如何操作，如上载及下载操作，并且记录整个过程，根据记录结果，最后用日志文件形式加以存储。

（3）提高数据安全性：手机、网络计算机等均属于嵌入式设备，其使用过程中往往存在小范围移动性，也就是非固定的工作环境，一定程度上会增加潜在的运行风险。SQLite嵌入式数据库是实现系统中不同种类数据资源管理的关键，不仅对外部用户系统访问权限进行严格控制，同时限制数据信息存取。对于移动用户终端，SQLite数据库能够及时认证访问权限、加密数据等，防止数据被篡改，也避免数据丢失，最大程度上保证数据的安全性。

3.2任务功能执行

基于SQLite技术的嵌入式数据库系统，可提高系统运行效率，该系统在执行任务时，主要分为两个方面，一是对前端任务响应准确分析，二是对后端程序的调用。

（1）前端任务相应分析：系统在对前端任务的响应情况进行分析时，需要配合预处理器的使用，两者协同完成“SQL语句”的收集，并对“SQLite命令”代码进行识别，然后对数据进行转化，为后端应用提供方便。在此过程中，要利用“HTMLPasser”来对“SQL语句”字节进行获取，以“字符串”形式予以标记，最终生成编码字节，执行虚拟机任务。

（2）后端程序调用：嵌入式数据库主要是通过数据处理任务的执行来实现后端程序调用的，包括数据收集、数据组织、数据传输等过程。在对后端程序进行调用时，利用SQLite技术，数据库会形成“B/B+树”数据存储模块。也就是说，对数据元组集进行科学排列，构建树状结构，將数据信息、索引等相关内容存储在结构域中。与此同时，嵌入式数据库磁盘中，基于SQLite关系的系统，具有页面调度功能，能够及时调用树形结构中的数据、信息、资料、文件。针对某个移动端的访问进行及时响应，突出不同数据的属性[6]。此外，后端程度调用功能还能提供相对统一的接口，实现不同数据库之间的数据共享。

3.3其他功能执行

移动客户端（外部）在进行数据访问时，可实现平行读取，这是因为嵌入式数据库具有多进程特征，同时兼顾多线程特点。经过上述处理后，数据读取的效率会明显提高，为工业控制系统自由读取数据提供有力支持。

结束语

综上所述，现阶段嵌入式数据库大量运用，更具 SQLite 嵌入式数据库技术被广泛应用在工业控制系统中，对于SQLite 嵌入式数据库而言，其使用优势比较多，不仅能够实现跨平台，还具有易移植性，能够实时进行交互，从而满足用户动态管理需要。文章结合实践工作经验，提出嵌入式数据库在工业控制系统设计中的应用，并且基于SQLite技术对系统进行改进，从而进一步对工业控制系统进行完善。在具体实践中，不仅要满足用户对自动控制系统的实际需要，也要对嵌入式数据库程序的响应时间加以关注，不断提升运行效率，并且对成本进行控制，为工业控制系统稳定运行发挥更多实际作用。

参考文献

[1]徐海燕.舰船导航系统嵌入式数据库信息可视化调度方法[J].舰船科学技术，2021，43（24）：82-84.

[2]张春坡.黑岱沟露天煤矿工业控制网络安全防护技术研究与应用[J].煤炭工程，2021，53（S1）：144-148.

[3]景子奇，邹兆年.嵌入式数据库SQLite上多版本并发控制的设计与实现[J].计算机应用，2022，42（01）：140-147.

[4]王国飞，李质建.基于Web Service嵌入式数据库同步更新解决方案[J].电脑知识与技术，2020，16（20）：51-52.

[5]张东晨，李文新.BM3803的嵌入式数据库系统移植和应用研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2019，19（01）：45-49.

[6]肖贺，薛鸣方，行鸿彦.嵌入式数据库在自动气象站中的应用研究[J].电子测量与仪器学报，2018，32（10）：197-202.