嵌入式數(shù)據(jù)庫在數(shù)控系統(tǒng)中的實現(xiàn)與應用

摘要：針對目前數(shù)控系統(tǒng)普遍采用文本文件格式存儲管理數(shù)據(jù)方式上存在的問題，提出在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中采用基于MySQL數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)的全新技術解決方案。在RTLinux操作系統(tǒng)下，用MySQL設計機床數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建用戶接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與基于GTK+庫開發(fā)的用戶操作界面的連接，在對數(shù)據(jù)庫最小化裁剪后，成功完成了向嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺的移植。結果表明：嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理方式實現(xiàn)了對大量參數(shù)的有效管理，極大地改善了系統(tǒng)的性能。
關鍵詞：嵌入式數(shù)控系統(tǒng)；MySQL數(shù)據(jù)庫；Linux；MySQL C API；移植

1 引言

本文所論述是數(shù)控系統(tǒng)大課題中人機交互的外圍部分子課題中的數(shù)據(jù)庫開發(fā)應用。在數(shù)控加工系統(tǒng)中，存在著大量的用戶設定參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、坐標軸參數(shù)、軸補償參數(shù)和刀具特征參數(shù)等數(shù)據(jù)。在整個生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，這些數(shù)據(jù)不僅對于數(shù)控編程人員是必需的，而且對于實時過程控制系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、工序處理、庫存管理系統(tǒng)、刀具維護管理系統(tǒng)等也是必需的。這些數(shù)據(jù)的組織管理方式對數(shù)控系統(tǒng)的實時性乃至性能影響很大，因此高性能數(shù)控系統(tǒng)必須解決數(shù)據(jù)的有效性組織管理問題。如果采用直接將數(shù)據(jù)存放在一個表或字符數(shù)組中，數(shù)據(jù)的修改與維護會相當困難、繁雜，這與數(shù)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)操作要求簡單方便與快捷相悖，因此這種組織管理方式不能滿足數(shù)控系統(tǒng)的要求。目前數(shù)控加工系統(tǒng)普遍采用的文本文件格式存儲管理數(shù)據(jù)的方式也存在著實時操作性較差和磁盤空間浪費嚴重的缺點，而實時性和存儲空間兩個要素對于高性能嵌入式數(shù)控系統(tǒng)來說卻是至關重要的。因此，在本課題研究中，作者提出在嵌入式Linux[1]環(huán)境下的數(shù)控系統(tǒng)中采用基于MySQL數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)的全新技術解決方案。實踐結果表明：在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理，滿足了高性能嵌入式數(shù)控系統(tǒng)在實時性和存儲空間方面的要求，提高了系統(tǒng)的速度，極大地改善了系統(tǒng)的性能。

本文就嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)的具體實現(xiàn)過程，以及如何將數(shù)據(jù)庫應用程序向嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺的移植方法和對數(shù)據(jù)庫進行最小化裁剪的技巧上做了詳細介紹。

由于本課題開發(fā)的人機界面是利用GTK+圖形庫，因此系統(tǒng)中采用的基于MySQL數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)，需要解決MySQL和GTK+相互融合的問題。GTK+ 沒有直接操作數(shù)據(jù)庫的控件，對數(shù)據(jù)庫的操作可以采取通過MySQL C API 直接進行,再調(diào)用GTK+ 的顯示功能的方法來完成與用戶的交互 [2] [3]。

2 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫的建立

2.1.1 創(chuàng)建work數(shù)據(jù)庫

首先創(chuàng)建一個名稱為work的數(shù)據(jù)庫，并包含系統(tǒng)需要的所有表，作為根用戶連接到MySQL。具體創(chuàng)建過程如下：

% mysql –uroot mysql； //進入數(shù)據(jù)庫

mysql> SET PASSWORD=PASSWORD（‘lyw00001’）； //為根用戶分配一個口令

mysql> CREATE DATABASE work ； //創(chuàng)建work數(shù)據(jù)庫

mysql> GRANT ALL ON work.＊ to lyw@localhost IDENTIFIED BY ‘lyw00001’；//創(chuàng)建一個名為lyw的用戶

//與根用戶使用同一口令，并為用戶賦予數(shù)據(jù)庫work的完全訪問權限

% mysql –ulyw –p lyw00001 work； //連接庫

2.1.2 創(chuàng)建表

針對基于GTK+庫設計的用戶操作界面有若干個表與之相對應，下面以一個界面為例詳細說明MySQL與GTK+的連接過程。

連接到數(shù)據(jù)庫之后，就可以向它添加內(nèi)容了，使用CREATE命令來創(chuàng)建一個名為tbl_amend_amend的表。

CREATE TABLE tbl_amend_amend （

number INT NOT NULL PRIMARY KEY，

shapeh VARCHAR（10）,

deleteh VARCHAR（10）,

shaped VARCHAR（10）,

deleted VARCHAR（10）,）；

創(chuàng)建一個表后，可使用SQL語句INSERT命令向表中填入數(shù)據(jù)，但這種方法當數(shù)據(jù)量大時會耗時很多。因此作者采用批處理模式向表中填入數(shù)據(jù)的方法，具體作法是：首先創(chuàng)建一個存儲SQL語句的文本文件amend_data.sql，如圖1所示；然后執(zhí)行SQL語句：

% mysql –ulyw –p lyw00001 work < amend_data.sql

就將圖1中的數(shù)據(jù)加入到tbl_amend_amend表中了，如表1所示。如果需要對數(shù)據(jù)進行修改，則只需要在amend_data.sql文本文件中進行，然后重新執(zhí)行一次上文中提到的語句就可以輕松地完成。

2.2 連接模塊

完成數(shù)據(jù)庫及表的創(chuàng)建，有了相關的數(shù)據(jù)，下一步的工作就是在應用程序中實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的連接。應用程序中用connect_to_db（）模塊實現(xiàn)了與數(shù)據(jù)庫work連接功能，模塊代碼如下：

void Connect_to_db（）｛……；

conx = mysql_init（（MYSQL ＊）0L）； //初始化

……；

temp = mysql_real_connect（conx,126.0.0.1, lyw,lywcita001, work, 0, 0L, 0）；

……；｝

mysql_real_connect函數(shù)用于連接到名稱為conx 的MySQL服務器，其主機的IP地址為“127.0.0.1”，用戶名為“l(fā)yw”，密碼為“l(fā)ywcita001”，連接的數(shù)據(jù)庫名為work。

2.3 填充模塊

實現(xiàn)了與數(shù)據(jù)庫的連接后，接下來應將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)填充到用戶界面上去。應用程序中用Fill_clist（）模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)填充功能，其實現(xiàn)流程為：用MySQL查詢所需的數(shù)據(jù)；將查詢結果保存在內(nèi)部緩存中；將緩存中的數(shù)據(jù)顯示在用戶界面上。模塊代碼如下：

void Fill_clist（）｛ ……；

gchar ＊amend_clist_row[5] = ｛,,,,｝； //定義gtk+數(shù)組數(shù)據(jù)指針及變量

mysql_query（conx,select number,shapeh,deleteh,shaped,deleted from tbl_amend_amend）；

result_set = mysql_store_result（conx）； //將查詢結果保存在內(nèi)部緩存中

num_fields = mysql_num_fields（result_set）； //獲得結果集中列的數(shù)量

while（db_row = mysql_fetch_row（result_set）） ｛

lengths = mysql_fetch_lengths（result_set）； //獲得列的長度

amend_clist_row[0] = db_row[0]；

……；

amend_clist_row[4] = db_row[4]； //將獲得的db_row字符串數(shù)組的值一一對應地賦值給amend_clist_row

gtk_clist_append（GTK_CLIST（modify_list）,amend_clist_row）; ｝//填充到clist對應的域中

mysql_free_result（result_set）；｝ //釋放結果集所用的內(nèi)存

編譯運行插入程序，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫向用戶界面填充數(shù)據(jù)功能，獲得了如圖2所示的界面。

2.4 更新模塊

當用戶在界面上對系統(tǒng)參數(shù)進行修改后，希望將新的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫保存，確保數(shù)據(jù)信息的一致性和連續(xù)性，因此應用程序應具有根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的改變而更新數(shù)據(jù)庫的功能。與填充模塊類似，應用程序中用Update_database（）模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫更新功能。

3 數(shù)據(jù)庫移植

3.1 移植的硬件平臺

本數(shù)控系統(tǒng)中采用了嵌入式PC平臺，嵌入式PC與標準PC機完全兼容。因而，可以在普通PC上做好設計和開發(fā)，再將軟件移植到嵌入式PC上。本系統(tǒng)開發(fā)采用嵌入式PC104計算機，硬件水平達到P3級，內(nèi)存為128M，程序存儲選用128M CF[4]卡。

3.2 移植過程

要在數(shù)控系統(tǒng)中應用數(shù)據(jù)庫和操作界面，則需要將MySQL和操作界面應用程序移植到CF卡中。考慮到CF卡的容量問題，在移植的過程中要對數(shù)據(jù)庫進行裁剪。

3.2.1 mysqld運行服務器的移植

要讓MySQL能運行在嵌入式系統(tǒng)中，那么mysqld運行服務器文件的移植有著至關重要的作用。用命令ldd mysqld查詢與mysqld可執(zhí)行文件相關的庫，結果如表2所示：

表2 與mysqld可執(zhí)行文件相關的庫文件

執(zhí)行文件mysqld的大小為3.3M，而其相關的庫文件的大小約為2M，將mysqld并同上述相關的庫文件一起移植到CF卡上，這樣mysqld便可在嵌入式硬件平臺上有效地執(zhí)行了。

3.2.2 應用文件的移植

假定應用程序的可執(zhí)行文件為app，用命令ldd app同樣可以查詢到與可執(zhí)行文件app相關的庫。將應用程序連同與應用程序執(zhí)行相關的庫文件一起移植到CF卡上。應用程序的大小約為100K，與應用程序執(zhí)行相關聯(lián)的庫文件的大小約為8M，而這8M的庫文件大部分為嵌入式Linux系統(tǒng)自身帶有的庫文件，基本上不需要再移植。這樣就可在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中運行用戶操作界面程序，而在后臺運行數(shù)據(jù)庫程序了。

4 結束語

CNC技術是現(xiàn)代加工技術的一個重要組成部分，如何在現(xiàn)有的技術基礎上不斷改進數(shù)控系統(tǒng)以滿足新的需求具有十分重要的意義。隨著機械加工領域?qū)?shù)控系統(tǒng)的精度、效率、功能以及智能化程度[5]的進一步要求，控制面板、人機界面和系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織管理方式等方面都需要不斷的完善和創(chuàng)新，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基于Mysql數(shù)據(jù)庫管理方式與目前數(shù)控系統(tǒng)普遍采用的文本文件管理方式相比，數(shù)據(jù)庫只需在一個導入文檔中修改更新數(shù)據(jù)就可以完成對數(shù)據(jù)的維護，操作簡單方便、快捷，并且數(shù)據(jù)庫索引在數(shù)據(jù)庫啟動時進駐內(nèi)存，對數(shù)據(jù)庫查詢、數(shù)據(jù)記錄的刪除和添加，索引能很方便、快捷地完成；數(shù)據(jù)庫最小化裁剪后容量很小，因此，不論在實時性方面還是在存儲空間方面都滿足了高性能嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的要求，提高了系統(tǒng)的速度，極大地改善了系統(tǒng)的性能。

參考文獻：

[1] 于明儉，陳向陽，方漢．Linux程序設計權威指南[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001．22-337．

[2] 孔令富,曹立強．用GTK＋和MySQL開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用[J]．計算機工程與科學．2001，23（3）：45-46,54．

[3] T C X．MySQL Reference Manual[EB/OL]．http：//www.mysql.com/ documentation/ mysql/full/,2000-09-25．

[4]李昊等．CF卡在大容量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的典型應用[J]．微計算機信息（測控自動化）．2005.第21卷第

11－1期：66－68

[5] 熊清平．數(shù)控系統(tǒng)技術的發(fā)展趨勢[J]．機電工程技術．2004，（3）：91-94