嵌入式開發(fā)教程基于ARM-Linux的SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)

嵌入式開發(fā)教程基于ARM-Linux的SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)引言1Linux下常見的數(shù)據(jù)庫技術(shù)分析（1）PostgreSQL（2）MySQL（3）mSQL(miniSQL)（4）BerkeleyDB（5）SQLite2嵌入式開發(fā)對數(shù)據(jù)庫的需求特點3SQLite的體系結(jié)構(gòu)及開發(fā)技術(shù)3.1體系結(jié)構(gòu)3.2SQLite開發(fā)技術(shù)4SQLite在armLinux平臺上的實現(xiàn)5SQLite的應用開發(fā)6總結(jié)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。縱觀目前國際、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。引言基于Linux平臺的數(shù)據(jù)庫非常多,大型的商用數(shù)據(jù)庫有Oracle、Sybase、Informix、Informix、IBMDB2等;中小型的更是不勝枚舉,以下是常見的幾種。1嵌入式開發(fā)教程Linux下常見的數(shù)據(jù)庫技術(shù)分析PostgreSQL是世界上最優(yōu)秀的開放源碼的數(shù)據(jù)庫之一,是完全免費的數(shù)據(jù)庫,不需要任何版權(quán)費用和購買費。因此,它是許多Linux發(fā)行版本的首選,例如：Redhat、TurboLinux都預裝了PostgreSQL。PostgreSQL兼容性很強,如果是SQL92兼容的,移植PostgreSQL非常簡單和快捷。（1）嵌入式開發(fā)教程PostgreSQLMySQL是多用戶、多進程的SQLdatabaseserver。MySQL包括一個serverdaemon（mysqld）和clientprograms與libraries的client/server實現(xiàn)工具;比較適合小而簡單的數(shù)據(jù)庫,對復雜的操作要求支持不是很好。MySQL的licensingpolicy：如果你是普通的最終用戶,使用MySQL不需要付錢;但如果是直接或間接地出售MySQL的服務程序或相關(guān)產(chǎn)品,或是在一些客戶端維護MySQLserver并收取費用,或是在發(fā)行版中包括MySQL,就需要獲得許可。

*本課題是2003年河南省杰出人才創(chuàng)新基金項目（0321000300）,獲得了河南省科技廳的資金支持。（2）嵌入式開發(fā)教程MySQLmSQL是一個單用戶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。由于它的短小精悍,使其開發(fā)的應用系統(tǒng)特別受到互聯(lián)網(wǎng)用戶青睞。mSQL并非是完全的freeware,若是在大學中使用此一軟件,或是為了學術(shù)研究與慈善等非營利性目的,才能免費得到使用權(quán)（freelicense）,否則就得付費注冊才能得到正式的版權(quán)。（3）嵌入式開發(fā)教程mSQL(miniSQL)BerkeleyDB是一個開放源代碼的嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),能夠為應用程序提供高性能的數(shù)據(jù)管理服務。應用它,程序員只需要調(diào)用一些簡單的API就可以完成對數(shù)據(jù)的訪問和管理。與常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（如MySQL和Oracle等）有所不同,在BerkeleyDB中并沒有數(shù)據(jù)庫服務器的概念。應用程序不需要事先同數(shù)據(jù)庫服務建立起網(wǎng)絡連接,而是通過內(nèi)嵌在程序中的BerkeleyDB函數(shù)庫來完成對數(shù)據(jù)的保存、查詢、修改和刪除等操作。（4）嵌入式開發(fā)教程BerkeleyDBSQLite支持絕大多數(shù)標準的SQL92語句,采用單文件存放數(shù)據(jù)庫,速度又比MySQL快上1～2倍（官方的數(shù)據(jù)）,存儲量也不是問題。在操作語句上更類似關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品使用,非常方便。SQLite的版權(quán)允許無任何限制的應用,包括商業(yè)性的產(chǎn)品。在PHP5中已經(jīng)集成了這個輕巧的嵌入式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。（5）嵌入式開發(fā)教程SQLite在眾多的數(shù)據(jù)庫中,如何選擇適用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫呢？嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境決定了其對數(shù)據(jù)庫需求的特點。（1）適當?shù)捏w積嵌入式系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的存儲與程序的運行一般都有較強的空間限制,所以適用于嵌入式系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫首先應該有一個適當?shù)捏w積。（2）較強的功能嵌入式開發(fā)中有很多應用,用戶需求決定了開發(fā)中需要有一個大小適中且功能齊備的數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。對開發(fā)人員來說,要求采用的數(shù)據(jù)庫技術(shù)提供完備開發(fā)的文檔而且易于開發(fā)。（3）開源的代碼作為產(chǎn)品的開發(fā),開源的代碼不僅可以減少產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,更重要的是為產(chǎn)品的維護完善和穩(wěn)定運行都提供了最為徹底的解決手段。2嵌入式開發(fā)對數(shù)據(jù)庫的需求特點上面介紹的數(shù)據(jù)庫技術(shù)中,Oracle、Sybase、Informix、IBMDB2等功能強大,系統(tǒng)體積龐大,要求付費使用,僅適用于作為大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫。MySQL在保持中等體積的情況下,提供了較為適用的功能已經(jīng)成為中小規(guī)模數(shù)據(jù)庫應用的首選,但商業(yè)應用也要收費,而且對于嵌入式開發(fā)來說空間占用仍然太大,目前還不適用。

mSQL是一種簡化的SQL數(shù)據(jù)庫,短小精悍,開發(fā)方便,適用于嵌入式開發(fā);但mSQL只有30天的使用期限,并非完全的開源。余下的開放源碼數(shù)據(jù)庫中,PostgreSQL是Linux下最完善的開源SQL數(shù)據(jù)庫,但體積也較大。BerkeleyDB作為完全開源的嵌入式數(shù)據(jù)庫速度極快,可靠性高;但學習起來有一定難度,必然會加大開發(fā)成本。

SQLite則簡單易用,速度也很快,同時提供了豐富的數(shù)據(jù)庫接口,功能雖較BerkeleyDB略有遜色,但在開源社區(qū)的推動下差距正在縮小。它的設(shè)計思想是小型、快速和最小化的管理。這對于需要一個數(shù)據(jù)庫用于存儲數(shù)據(jù),但又不想花太多時間來調(diào)整數(shù)據(jù)性能的開發(fā)人員很適用。實際上在很多情況下,并不需要存儲程序或復雜的表之間的關(guān)聯(lián)。這時會發(fā)現(xiàn)SQLite在大小和功能之間找到了一個理想的平衡點。完全的開源代碼使其可以稱得上是理想的“嵌入式數(shù)據(jù)庫”。嵌入式開發(fā)教程SQLite是D·理查德·希普開發(fā)出來的用一個小型C庫實現(xiàn)的一種強有力的嵌入式關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理體制。它提供了對SQL92的大多數(shù)支持：支持多表和索引、事務、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動。這個庫有很強的內(nèi)聚性,通過不到25000行的ANSIC代碼實現(xiàn),而且可以自由地應用于任何目的甚至包括商業(yè)應用。此外它還是高速、有效和可升級的,可以運行于從arm/Linux到SPARC/Solaris的多種硬件平臺。3嵌入式開發(fā)教程SQLite的體系結(jié)構(gòu)及開發(fā)技術(shù)圖1SQLite體系結(jié)構(gòu)SQLite有一種優(yōu)雅、標準化的設(shè)計。它可以分成8個主要子系統(tǒng),如圖1所示,其中有一些相當接近于關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理。在圖1的頂層是標記處理器（tokenizer）和分析器（parser）。SQLite有自己高度優(yōu)化的分析生成器(檸檬分析器),可以快速地生產(chǎn)出高效率的代碼,而且依靠它新穎的設(shè)計對內(nèi)存泄漏有著特別的抵抗力。在底部是基于Knuth經(jīng)過優(yōu)化的B樹。這樣可以運行在可調(diào)整的頁面緩沖（pagecache）上,有助于將對磁盤的查找減到最小。再往下是頁面高速緩存。它作用在OS的抽象層之上,這樣的安排有助于數(shù)據(jù)庫的移動。體系結(jié)構(gòu)的核心是虛擬數(shù)據(jù)庫引擎(VDBE)。VDBE完成與數(shù)據(jù)操作相關(guān)的全部操作并且是客戶和儲存之間信息進行交換的中間單元。從各個方面來看,它都是SQLite的核心。在SQL語句被分析之后,VDBE開始起作用。代碼生成器將分析樹翻譯成一個袖珍程序,隨后這些袖珍程序又被組合成用VDBE的虛擬機器語言表示的一系列指令。如此往復,VDBE執(zhí)行每條指令,最終完成SQL語句指定的查詢要求。3.1嵌入式開發(fā)教程體系結(jié)構(gòu)VDBE的機器語言由圍繞于數(shù)據(jù)庫管理128個操作碼（opcode）組成。對于打開表,查詢索引、存儲和刪除記錄和很多其他數(shù)據(jù)庫操作都有對應的操作碼。在VDBE里的每條指令由1個操作碼和3個操作數(shù)（operand）組成。一些指令使用全部（3個）操作數(shù);也有些可能一個也未使用。這完全取決于指令的性質(zhì)。例如Open指令,用于打開一個表的指針,使用了全部（3個）操作數(shù)：第1個操作數(shù)(P1)包含指針的ID號。第2操作數(shù)(P2)指出表的根位置(或者表的首頁位置);而第3個操作數(shù)則是表的名字。對于Rollback指令則根本不需要操作數(shù)。為了進行一次RollbackVDBE,僅需知道是否要做Rollback\[1\]。嵌入式開發(fā)教程SQLite的API極其易于使用,只需要三個用來執(zhí)行SQL和獲得數(shù)據(jù)的函數(shù)。它還是可以擴展的,允許程序員自定義函數(shù)然后以callback的形式集合進去。C語言API是腳本接口的基礎(chǔ),如已經(jīng)發(fā)布的(Tcl接口)。開放源碼團體已經(jīng)擴展了眾多的客戶接口、適配器、驅(qū)動等,這就使得其他語言對SQLite的使用也成為可能。使用C語言API只需要三步。首先,要提供文件名和訪問模式用來調(diào)用sqlite_open()連接數(shù)據(jù)庫。然后,執(zhí)行一個callback函數(shù),SQLite通過對每個記錄執(zhí)行callback函數(shù)獲得從數(shù)據(jù)庫那里得到的結(jié)果。最后,如果想執(zhí)行一個SQL查詢并獲得一個callback函數(shù)的指針,可以調(diào)用sqlite_exec()。除此之外還需要錯誤代碼檢查。SQLite可以通過對一個主鍵聲明它為INTEGERPRIMARYKEY成為能夠自動增加的主鍵,實現(xiàn)自增字段。

SQLite還提供了存取二進制大對象(BLOBs)的方法,在線程安全、數(shù)據(jù)庫管理、API的擴展等方面也都提供了強大方便的技術(shù)支持。3.2嵌入式開發(fā)教程SQLite開發(fā)技術(shù)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\[2\]：

①到/的cvs中下載最新的源代碼包,解壓后將生成sqlite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。

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

③為了在ARMLinux下能正常運行sqlite,需要對sqlite/src/sqliteInt.h作一定的修改,以確保btree（B樹）有正確的變量大小,如“ptr”和“char*”。不同體系結(jié)構(gòu)的Linux,如x86和ARM,會有些差別。對于armLinux可以找到如下部分：#ifndefINTPTR_TYPE

#ifSQLITE_PTR_SZ==44嵌入式開發(fā)教程SQLite在armLinux平臺上的實現(xiàn)

#defineINTPTR_TYPEint

#else

#defineINTPTR_TYPElonglong

#endif在上面的代碼前加上一句#defineSQLITE_PTR_SZ4這樣后面的“typedefINTPTR_TYPEptr;”就是定義的“int”類型,而不是“l(fā)onglong”。

④使用configure進行一些配置。修改sqlite目錄下的configure,讓configure不去檢查交叉編譯環(huán)境。由于篇幅有限不再詳述。

⑤修改Makefile文件。將代碼行BCC=armlinuxgccgO2改成BCC=gccgO2。另外,一般是以靜態(tài)鏈接的形式將sqlite放到armLinux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strip處理,去掉其中的調(diào)試信息。嵌入式開發(fā)教程

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、cmdftp、wget等。將sqlite下載到arm板的/tmp目錄,因為此目錄是可寫的。修改權(quán)限并運行：chmod+wxsqlite

./sqlitetest.sqlite會出現(xiàn)sqlite>如果一切正常,現(xiàn)在sqlite已經(jīng)在armLinux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。嵌入式開發(fā)教程家庭網(wǎng)絡中央控制器以arm微處理器為中心建立硬件平臺,對外通過寬帶Ethernet、Modem與Internet連接,對內(nèi)將家用電器通過內(nèi)部無線局域網(wǎng)連接成一體,通過遠程Web瀏覽器、本地觸摸屏以及電話語音三種方式實現(xiàn)對家用電器的狀態(tài)查詢和控制。多樣化的數(shù)據(jù)存儲與管理需要有一個后臺數(shù)據(jù)庫來支撐,SQLite無疑是一個合適的選擇。下面就其應用程序的編寫方式作一個簡單的介紹。為了講解方便,下面例程通過程序代碼生成了數(shù)據(jù)庫sysdb及其中的一個表格user,也可以用sqlite命令行或者sqlitebrowse等圖形化工具建立數(shù)據(jù)庫。

#include<string.h>

#include"sqlite.h"

intcallback(void*p_data,intnum_fields,char**p_fields,

char**p_col_names);5嵌入式開發(fā)教程SQLite的應用開發(fā)

main(){

FILE*inp_fp;

intret;

intnrecs=0;

char*errmsg;

sqlite*p_db;

unsignedchar*sqlcommand;

unsignedchar*sqlcreatedb;

sqlcommand="select*fromuser;";

sqlcreatedb="createtableuser(idnumeric,nametext);";

/*建立數(shù)據(jù)庫*/

if((inp_fp=fopen("./sysdb","r"))==NULL){

printf("Cannotfinddatabasefile!\\n");嵌入式開發(fā)教程

printf("Recoverthedatabasefile...\\n");

p_db=sqlite_open("./sysdb",0777,0);

sqlite_exec(p_db,sqlcreatedb,0,0,0);

printf("Thedatabasefilehavebeenrecorvered!\\n");

sqlite_close(p_db);

}

/*打開數(shù)據(jù)庫*/

sqlite*p_db=sqlite_open("./sysdb",0777,0);

/*選擇user表中的所有記錄.*/

ret=sqlite_exec(p_db,sqlcommand,callback,&nrecs,

errmsg);嵌入式開發(fā)教程

if(ret!=SQLITE_OK){

printf("Error