專利名稱：基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，尤其涉及一種網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入式 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
背景技術(shù)：
目前，隨著計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的發(fā)展，信息交換技術(shù)已經(jīng)廣泛 應(yīng)用于工廠、企業(yè)，在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，產(chǎn)生了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制數(shù) 據(jù)，使得嵌入式環(huán)境下的數(shù)據(jù)管理成為工業(yè)控制系統(tǒng)中的重要部分，這就要求監(jiān) 控軟件必須具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，為人們提供實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)，以反映現(xiàn) 場(chǎng)運(yùn)行的狀況，以便進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。
嵌入式環(huán)境中數(shù)據(jù)的正確性不僅依賴于數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)果，而且依賴于邏輯結(jié) 果產(chǎn)生的時(shí)間。如何有效管理這些大量的、時(shí)效性強(qiáng)且有嚴(yán)格時(shí)序的數(shù)據(jù)，以及 如何使之以高可靠性、高實(shí)時(shí)性和大呑吐量的方式進(jìn)行處理是開發(fā)嵌入式系統(tǒng)必 須解決的首要問題?，F(xiàn)有技術(shù)的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相對(duì)較復(fù)雜，且配套設(shè)備成本 較高，對(duì)實(shí)際的應(yīng)用與維護(hù)有較高的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其能夠?qū)η度胧江h(huán)境中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、可靠地處理。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案其包括上位機(jī)、網(wǎng)關(guān)、 采集系統(tǒng)，上位機(jī)與網(wǎng)關(guān)之間通過485總線或LAN或GPRS方式通信；網(wǎng)關(guān)通過 485總線與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析存儲(chǔ)到網(wǎng)關(guān)內(nèi)置 的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中。
在監(jiān)控系統(tǒng)中，需要對(duì)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理過程包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù) 據(jù)的實(shí)時(shí)采集；對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)；對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷和報(bào)警； 對(duì)歷史數(shù)據(jù)的處理等。
嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)包括相互之間通信的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊與歷史數(shù)據(jù)處理模塊。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊包括實(shí)時(shí)資源管理單元、實(shí)時(shí)參:據(jù)管理單元、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
存儲(chǔ)單元、PID參數(shù)管理單元。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊與報(bào)警模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模
塊連接。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊通過控制電路控制采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)通過傳感器
和A/D轉(zhuǎn)換器將采集的數(shù)據(jù)傳送給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊。
將所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集中進(jìn)行處理，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè) 中心環(huán)節(jié)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)是從生產(chǎn)和測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集到的 數(shù)據(jù)，因此及時(shí)準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)是整個(gè)控制系統(tǒng)正常工作的基本前提。另外還 有一些計(jì)算數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理是在監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的值進(jìn)行的操作。包括 對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警、管理、提供控制參數(shù)等，同時(shí)它還可以根據(jù)需要 把有關(guān)信息以事件的方式發(fā)送給系統(tǒng)的其它部分，以便觸發(fā)相關(guān)事件，進(jìn)行實(shí) 時(shí)處理。
歷史數(shù)據(jù)處理模塊包括歷史數(shù)據(jù)管理單元、歷史數(shù)據(jù)維護(hù)單元、日志管理 單元。歷史數(shù)據(jù)處理模塊與歷史數(shù)據(jù)顯示模塊連接。歷史數(shù)據(jù)處理模塊通過通 信接口與上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)通信。
歷史數(shù)據(jù)處理是對(duì)定時(shí)存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要操作包括 對(duì)原始數(shù)據(jù)的匯總、查詢，可以以曲線、報(bào)表等形式將數(shù)據(jù)形象地顯示出來。嵌 入式設(shè)備存儲(chǔ)容量有限，系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)將通過通信接口定期送入遠(yuǎn)程關(guān)系的 上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中保存。
在嵌入式系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)從本質(zhì)上i兌不是一個(gè)真正意義上的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)， 只是一個(gè)由應(yīng)用程序管理的內(nèi)存緩沖區(qū)，有時(shí)又稱為"內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)"，是一個(gè)供 多個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)共同使用的共享數(shù)據(jù)區(qū)，是嵌入在監(jiān)控軟件中、與應(yīng)用程序不可分 割的部分，主要完成數(shù)據(jù)的存、取操作，不具有獨(dú)立性。 一個(gè)完整的嵌入式實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)除了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)外，還應(yīng)包括歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等。因此在構(gòu) 建嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、開銷大小、系統(tǒng)性能、可靠性， 以及如何高效地利用嵌入式系統(tǒng)的有限資源、提高數(shù)據(jù)的存取速度、進(jìn)行數(shù)據(jù)保 護(hù)、數(shù)據(jù)交換、算法的優(yōu)化、事務(wù)的優(yōu)先級(jí)分派、事務(wù)調(diào)度等。
嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行要處理大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這就要求開發(fā)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的組態(tài)軟件具有處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能。實(shí)時(shí)凝:據(jù)庫(kù)模塊分為開發(fā)環(huán)境和運(yùn) 行環(huán)境分別設(shè)計(jì)，在組態(tài)開發(fā)環(huán)境中完成實(shí)時(shí)數(shù)椐庫(kù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)連接、 數(shù)據(jù)類型及相關(guān)的各種參數(shù)的定義，生成目標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境 中，將從外部設(shè)備采集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取目標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的 數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，自動(dòng)完成顯示、報(bào)警、存盤等操作，同時(shí)把有關(guān)信息發(fā)送給系統(tǒng) 的其它部分，以便觸發(fā)相關(guān)事件，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、可靠地處理現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，高校利用嵌入式系統(tǒng)的有限資源， 提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)速度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖2為本實(shí)用新型的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)框圖。
具伴、實(shí)施方式
本系統(tǒng)包括上位機(jī)、網(wǎng)關(guān)、采集系統(tǒng)，上位機(jī)與網(wǎng)關(guān)之間通過485總線或 UN或GPRS方式通信；網(wǎng)關(guān)通過485總線與釆集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)采 集的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析存儲(chǔ)到網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中。
嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)包括相互之間通信的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊與歷史數(shù)據(jù)處理模 塊。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊包括實(shí)時(shí)資源管理單元、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理單元、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元、PID參數(shù)管理單元。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊與報(bào)警模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模 塊連接。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊通過控制電路控制采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)通過傳感器 和AZD轉(zhuǎn)換器將采集的數(shù)據(jù)傳送給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊。歷史數(shù)據(jù)處理模塊包括 歷史數(shù)據(jù)管理單元、歷史數(shù)據(jù)維護(hù)單元、日志管理單元。歷史數(shù)據(jù)處理模塊與 歷史數(shù)據(jù)顯示模塊連接。歷史數(shù)據(jù)處理模塊通過通信接口與上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)通 信。
嵌入式組態(tài)軟件中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)
隨著I)CS的發(fā)展，利用組態(tài)軟件來支持工業(yè)應(yīng)用軟件的開發(fā)，隨著Li皿x在 嵌入式技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷推廣和深入，許多工控軟件都基于Linux開發(fā)。從結(jié) 構(gòu)上看，基于Linux的嵌入式圖形化組態(tài)l欠件(LEGCS: Linux-based EmbeddedGraphic Configuration Software )由系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境兩部分組成。 系統(tǒng)開發(fā)境是作為一個(gè)平臺(tái)開發(fā)工具運(yùn)行在PC機(jī)上，主要完成畫面繪制、指定組 態(tài)的具體對(duì)象和內(nèi)容、完成設(shè)備屬性設(shè)定、設(shè)定控制策略、I/O管理等操作來對(duì) 控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的描述與設(shè)置，所有設(shè)定的結(jié)果保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，供系統(tǒng) 運(yùn)行時(shí)使用。保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息主要包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、開關(guān)量、儀表值、 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、設(shè)備屬性等。運(yùn)行環(huán)境實(shí)際就是工業(yè)控制應(yīng)用軟件，運(yùn)行在嵌入式設(shè) 備上，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取其中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行解析，在目標(biāo) 機(jī)上顯示組態(tài)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的組態(tài)控制和仿真。維系組態(tài)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境的紐 帶是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
數(shù)據(jù)庫(kù)生成模塊運(yùn)行在開發(fā)環(huán)境，主要完成如全局變量、內(nèi)存變量的數(shù)據(jù)定 義，設(shè)置變量處理方式等，全局變量直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)(如反應(yīng)容器壓力、 閥門開關(guān)狀態(tài)等)相關(guān)，這些數(shù)據(jù)在運(yùn)行環(huán)境中由I/O驅(qū)動(dòng)模塊按組態(tài)要求實(shí)時(shí) 采集；內(nèi)存變量是組態(tài)軟件中用到的中間變量。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成模塊將組態(tài)信息存 放到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。在運(yùn)行環(huán)境，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，響應(yīng)用 戶控制請(qǐng)求，維護(hù)圖形界面與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)。運(yùn)行環(huán)境 中的實(shí)時(shí)曲線顯示和趨勢(shì)模塊定時(shí)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁盤上作為歷史數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按其性質(zhì)可分為模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量、字符串等多種，根據(jù)現(xiàn) 場(chǎng)數(shù)據(jù)類型和系統(tǒng)所用到的系統(tǒng)常量和中間變量，在LEGCS中定義了八種變量類 型內(nèi)存離散型、1/0離散型、內(nèi)存整數(shù)型、1/0整數(shù)型、內(nèi)存實(shí)數(shù)型、1/0實(shí)數(shù) 型、內(nèi)存字符串型、I/O字符串型，其中內(nèi)存變量類型用于創(chuàng)建系統(tǒng)常量和中間 變量，I/O變量類型用于處理現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)。對(duì)各種類型的變量來說，均有其 取值范圍離散型變量只能取0和1,整型變量與一4殳程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的有符號(hào) 長(zhǎng)整型變量類似，用于表示帶符號(hào)的整型數(shù)據(jù)。實(shí)型變量用于表示浮點(diǎn)數(shù)據(jù)。字 符串變量用于記錄一些特定含義的字符串。每類變量一一對(duì)應(yīng)于一類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 它以結(jié)構(gòu)的形式來管理。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行模塊運(yùn)行在仿真環(huán)境或者嵌入式設(shè)備上，主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 的采集以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析處理，依據(jù)功能的不同編寫不同的處理函數(shù)。如實(shí)時(shí)曲線分析(RealCurve )就是用于觀察外部變量或表達(dá)式的值隨時(shí)間變化的趨勢(shì)的 一個(gè)模塊。實(shí)時(shí)曲線的X軸代表時(shí)間、Y軸代表變量值，運(yùn)行時(shí)曲線可以自動(dòng)巻 動(dòng)，以快速反映變量隨時(shí)間的變化。
FltRealValue是一個(gè)一維數(shù)組，其中存放了實(shí)時(shí)曲線實(shí)際顯示的數(shù)值，存 放的數(shù)據(jù)是自動(dòng)巻動(dòng)的，當(dāng)由外部設(shè)備采集到一個(gè)當(dāng)前時(shí)刻的數(shù)值后，存放在 數(shù)組中的采集時(shí)間最老的一個(gè)數(shù)據(jù)將被丟棄，而加入當(dāng)前新采集到的數(shù)據(jù)，數(shù) 組中有效數(shù)據(jù)的總數(shù)保持不變。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線就是根據(jù)這個(gè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來滾動(dòng) 顯示的。
權(quán)利要求1.一種基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于包括上位機(jī)、網(wǎng)關(guān)、采集系統(tǒng)，上位機(jī)與網(wǎng)關(guān)之間通過485總線或LAN或GPRS方式通信；網(wǎng)關(guān)通過485總線與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析存儲(chǔ)到網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)包括相互之間通信的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊與歷史數(shù)據(jù)處理模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊包括實(shí)時(shí)資源管理單元、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理單元、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)單元、PID參數(shù)管理單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊與報(bào)警模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊通過控制電路控制采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)通過傳感器和A/D 轉(zhuǎn)換器將采集的數(shù)據(jù)傳送給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于 歷史數(shù)據(jù)處理模塊包括歷史數(shù)據(jù)管理單元、歷史數(shù)據(jù)維護(hù)單元、日志管理單 元。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于 歷史數(shù)據(jù)處理模塊與歷史數(shù)據(jù)顯示模塊連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于 歷史數(shù)據(jù)處理模塊通過通信接口與上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)通信。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，尤其涉及一種網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。本實(shí)用新型的基于嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)包括上位機(jī)、網(wǎng)關(guān)、采集系統(tǒng)，上位機(jī)與網(wǎng)關(guān)之間通過485總線或LAN或GPRS方式通信；網(wǎng)關(guān)通過485總線與采集系統(tǒng)連接，采集系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析存儲(chǔ)到網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、可靠地處理現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，高校利用嵌入式系統(tǒng)的有限資源，提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)速度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。
文檔編號(hào)H04L12/66GK201425713SQ20092002581
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者宋世芳, 李秀福, 杜長(zhǎng)河, 斌 楊, 武利法, 許云龍, 許健康, 賈勝中, 趙小鵬, 趙文龍, 陳大偉, 陳寶錄, 陳正緒 申請(qǐng)人:青島高校信息產(chǎn)業(yè)有限公司