嵌入式实时数据库存取机制与可预见性的研究

论文摘要

嵌入式系统中实时数据库的数据存取问题,一直是嵌入式领域研究的热点。在工业控制现场,面向交互的嵌入式系统是连接被监控设备,现场工作人员,PC机和远程数据库的纽带。其不同来源的数据呈现出不同的特性。针对传统的实时数据库对所有的数据采用统一索引方法而忽略了数据个性的问题,提出了将数据按特性分类,对不同特点的数据采用不同存取机制的思想。其中如何最大限度地平衡数据空间占用量和查询时间的矛盾是解决该问题的关键。通过深入分析面向交互的嵌入式系统中不同数据源的数据在数据更新和查询时的差异,得出了按数据源分类的方法。根据静态数据域数据量大,查询操作较多的特点,采用T-树的索引结构以减少其空间占用量和查询操作的耗时。根据动态数据域插入删除操作频繁的特点,采用线性表与链表相结合的结构,以降低其频繁更新操作和实时查询操作的时间复杂度。同时分析了数据有效期对查询过程造成的影响和分域数据索引结构的空间和时间性能。针对历史数据查询速度慢的问题,借鉴CPU与内存之间的缓冲原理,采用内存缓冲区机制对部分历史数据进行预取。并提出了基于价值函数的缓冲区置换策略,分析了数据预取量对系统代价产生的影响。另外,本文利用S3C2410X芯片设计了一种基于ARM的嵌入式触摸屏人机界面,该设备可控制多种型号的PLC和数据采集设备。通过实时数据的采集查询和历史趋势图的测试,结果与理论分析基本吻合,验证了上述方法的有效性。文中详细给出了基于S3C2410X芯片和Windows CE的嵌入式系统设计过程,并针对PC端与嵌入式设备端系统结构不同引起的数据传递问题提出了基于数据特征提取与恢复的数据传递方法。总结了PC端的应用程序向嵌入式设备移植时应注意的问题,具有一定的实际工程指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 嵌入式实时数据库的发展
• 1.2.2 面向交互的嵌入式系统
• 1.2.3 实时数据库在交互系统中应用存在的问题
• 1.2.4 数据存取与缓冲区管理的研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 数据索引方法与缓冲机制分析
• 2.1 传统的数据索引结构分析
• 2.1.1 基于HASH 函数的存取机制
• 2.1.2 基于查询树的索引结构
• 2.1.3 混合索引结构
• 2.1.4 各种索引结构的比较分析
• 2.2 历史数据的缓冲机制分析
• 2.2.1 基于内存缓冲区的数据调度过程
• 2.2.2 内存缓冲区预取算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 分域的实时数据库索引方法
• 3.1 面向交互的嵌入式系统数据的特点
• 3.2 数据分域方法
• 3.3 数据的组织
• 3.4 静态数据索引方法
• 3.4.1 T-树索引的结点结构
• 3.4.2 T-树索引的查询操作
• 3.4.3 T-树的性能分析
• 3.5 动态数据索引方法
• 3.5.1 线性表+双向链表结构
• 3.5.2 动态数据索引的更新操作
• 3.5.3 动态数据索引的查询操作
• 3.5.4 动态数据的有效时间对查询的影响
• 3.5.5 动态数据索引结构性能分析
• 3.6 分域索引的性能评价
• 3.6.1 空间占用量对比
• 3.6.2 动态数据插入删除操作性能对比
• 3.6.3 查询操作性能对比
• 3.6.4 总体性能评价
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于内存缓冲区的历史数据可预见性研究
• 4.1 历史数据的缓冲结构
• 4.2 基于价值函数的缓冲区替换算法
• 4.3 内存缓冲区的访问代价
• 4.4 性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于ARM 的嵌入式触摸屏人机界面设计
• 5.1 嵌入式人机界面系统结构
• 5.2 S3C2410X 芯片与触摸屏的硬件连接
• 5.2.1 S3C2410X 介绍
• 5.2.2 LCD 和触摸屏部分的电路设计
• 5.3 基于特征恢复的数据传递方法
• 5.3.1 Windows CE 的文件系统及其定制过程
• 5.3.2 数据恢复方法
• 5.4 PC 端应用程序到嵌入式设备端的移植
• 5.4.1 将ANSI 字符集改为Unicode 字符集
• 5.4.2 重新编写Windows CE 函数库中不支持的Win32 函数
• 5.4.3 增加对内存资源管理的函数
• 5.5 嵌入式实时数据库在人机界面中的应用
• 5.5.1 内存索引区的组织
• 5.5.2 静态数据索引结点大小的确定
• 5.5.3 静态数据索引测试
• 5.5.4 动态数据索引测试
• 5.6 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢