嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

1 引言

    本文所論述是數(shù)控系統(tǒng)大課題中人機(jī)交互的外圍部分子課題中的數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用。在數(shù)控加工系統(tǒng)中，存在著大量的用戶設(shè)定參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、坐標(biāo)軸參數(shù)、軸補(bǔ)償參數(shù)和刀具特征參數(shù)等數(shù)據(jù)。在整個(gè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，這些數(shù)據(jù)不僅對(duì)于數(shù)控編程人員是必需的，而且對(duì)于實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、工序處理、庫(kù)存管理系統(tǒng)、刀具維護(hù)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(duì)數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(wèn)題。如果采用直接將數(shù)據(jù)存放在一個(gè)表或字符數(shù)組中，數(shù)據(jù)的修改與維護(hù)會(huì)相當(dāng)困難、繁雜，這與數(shù)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)操作要求簡(jiǎn)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(chǔ)管理數(shù)據(jù)的方式也存在著實(shí)時(shí)操作性較差和磁盤空間浪費(fèi)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，而實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)空間兩個(gè)要素對(duì)于高性能嵌入式數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)卻是至關(guān)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(kù)管理數(shù)據(jù)的全新技術(shù)解決方案。實(shí)踐結(jié)果表明：在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，滿足了高性能嵌入式數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)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(kù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以及如何將數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序向嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)的移植方法和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行最小化裁剪的技巧上做了詳細(xì)介紹。

    由于本課題開(kāi)發(fā)的人機(jī)界面是利用GTK+圖形庫(kù)，因此系統(tǒng)中采用的基于MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，需要解決MySQL和GTK+相互融合的問(wèn)題。GTK+ 沒(méi)有直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)的控件，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作可以采取通過(guò)MySQL C API 直接進(jìn)行,再調(diào)用GTK+ 的顯示功能的方法來(lái)完成與用戶的交互 [2] [3]。
 
2 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

2.1.1 創(chuàng)建work數(shù)據(jù)庫(kù)

     首先創(chuàng)建一個(gè)名稱為work的數(shù)據(jù)庫(kù)，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(guò)程如下：

% mysql –uroot mysql；                           //進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)

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

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

mysql> GRANT ALL ON work.＊ to lyw@localhost IDENTIFIED BY ‘lyw00001’；//創(chuàng)建一個(gè)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(kù)work的完全訪問(wèn)權(quán)限

% mysql –ulyw –p lyw00001 work；                //連接庫(kù)

2.1.2 創(chuàng)建表

     針對(duì)基于GTK+庫(kù)設(shè)計(jì)的用戶操作界面有若干個(gè)表與之相對(duì)應(yīng)，下面以一個(gè)界面為例詳細(xì)說(shuō)明MySQL與GTK+的連接過(guò)程。

     連接到數(shù)據(jù)庫(kù)之后，就可以向它添加內(nèi)容了，使用CREATE命令來(lái)創(chuàng)建一個(gè)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）,）；[!--empirenews.page--]

     創(chuàng)建一個(gè)表后，可使用SQL語(yǔ)句INSERT命令向表中填入數(shù)據(jù)，但這種方法當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)會(huì)耗時(shí)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(gè)存儲(chǔ)SQL語(yǔ)句的文本文件amend_data.sql，如圖1所示；然后執(zhí)行SQL語(yǔ)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，則只需要在amend_data.sql文本文件中進(jìn)行，然后重新執(zhí)行一次上文中提到的語(yǔ)句就可以輕松地完成。

圖1 amend_data文本文件
表1 tbl_amend_amend表

2.2 連接模塊

     完成數(shù)據(jù)庫(kù)及表的創(chuàng)建，有了相關(guān)的數(shù)據(jù)，下一步的工作就是在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。應(yīng)用程序中用connect_to_db（）模塊實(shí)現(xiàn)了與數(shù)據(jù)庫(kù)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(wù)器，其主機(jī)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(kù)名為work。

2.3 填充模塊

    實(shí)現(xiàn)了與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接后，接下來(lái)應(yīng)將數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)填充到用戶界面上去。應(yīng)用程序中用Fill_clist（）模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)填充功能，其實(shí)現(xiàn)流程為：用MySQL查詢所需的數(shù)據(jù)；將查詢結(jié)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(jié)果保存在內(nèi)部緩存中

num_fields = mysql_num_fields（result_set）；      //獲得結(jié)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(zhǎng)度

amend_clist_row[0] = db_row[0]；

……；

amend_clist_row[4] = db_row[4]； //將獲得的db_row字符串?dāng)?shù)組的值一一對(duì)應(yīng)地賦值給amend_clist_row

gtk_clist_append（GTK_CLIST（modify_list）,amend_clist_row）; ｝//填充到clist對(duì)應(yīng)的域中

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

    編譯運(yùn)行插入程序，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)向用戶界面填充數(shù)據(jù)功能，獲得了如圖2所示的界面。[!--empirenews.page--]

圖2 MySQL填充圖

2.4 更新模塊

    當(dāng)用戶在界面上對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改后，希望將新的數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)保存，確保數(shù)據(jù)信息的一致性和連續(xù)性，因此應(yīng)用程序應(yīng)具有根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的改變而更新數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。與填充模塊類似，應(yīng)用程序中用Update_database（）模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)更新功能。
  
3 數(shù)據(jù)庫(kù)移植

3.1 移植的硬件平臺(tái)

     本數(shù)控系統(tǒng)中采用了嵌入式PC平臺(tái)，嵌入式PC與標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)完全兼容。因而，可以在普通PC上做好設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，再將軟件移植到嵌入式PC上。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用嵌入式PC104計(jì)算機(jī)，硬件水平達(dá)到P3級(jí)，內(nèi)存為128M，程序存儲(chǔ)選用128M CF[4]卡。

3.2 移植過(guò)程

     要在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)和操作界面，則需要將MySQL和操作界面應(yīng)用程序移植到CF卡中?？紤]到CF卡的容量問(wèn)題，在移植的過(guò)程中要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行裁剪。

3.2.1 mysqld運(yùn)行服務(wù)器的移植

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

表2  與mysqld可執(zhí)行文件相關(guān)的庫(kù)文件

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

3.2.2 應(yīng)用文件的移植

     假定應(yīng)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(guān)的庫(kù)。將應(yīng)用程序連同與應(yīng)用程序執(zhí)行相關(guān)的庫(kù)文件一起移植到CF卡上。應(yīng)用程序的大小約為100K，與應(yīng)用程序執(zhí)行相關(guān)聯(lián)的庫(kù)文件的大小約為8M，而這8M的庫(kù)文件大部分為嵌入式Linux系統(tǒng)自身帶有的庫(kù)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(yùn)行用戶操作界面程序，而在后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)程序了。
 
4 結(jié)束語(yǔ)

     CNC技術(shù)是現(xiàn)代加工技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，如何在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)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(jī)械加工領(lǐng)域?qū)?shù)控系統(tǒng)的精度、效率、功能以及智能化程度[5]的進(jìn)一步要求，控制面板、人機(jī)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(kù)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(kù)只需在一個(gè)導(dǎo)入文檔中修改更新數(shù)據(jù)就可以完成對(duì)數(shù)據(jù)的維護(hù)，操作簡(jiǎn)單方便、快捷，并且數(shù)據(jù)庫(kù)索引在數(shù)據(jù)庫(kù)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)駐內(nèi)存，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)最小化裁剪后容量很小，因此，不論在實(shí)時(shí)性方面還是在存儲(chǔ)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。