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工业控制中实时数据库系统研究

更新时间：2020-01-03 16:29:57 大小：61K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：工业控制数据库系统Linux 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对现实需求,系统地分析实时数据库的应用.结合最新的信息技术和数据处理技术,给出实时数据库的一般性设计原理及工业控制中实时数据库的体系结构,并对具体的设计思路和实现方法进行了详细说明.在现场的应用中,系统具有高度的实时特性和可靠性.

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工业控制中实时数据库系统研究.pdf 61K

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甘肃科技  
第!! 卷" 第## 期  
!$$% 年## 月  
!"#$ !!" %"$ ##  
%"&$ " !$$%  
&’()* +,-.(,. ’(/ 0.,1(23245  
#
工业控制中实时数据库系统研究  
#、!  
!
#
尚" 运 ，王海龙 ，高明录  
（#6 呼和浩特铁路局集宁机务段，内蒙古 呼和浩特 $#!$$$；!6 兰州交通大学，甘肃 兰州 78$$7$）  
摘" 要：针对现实需求，系统地分析实时数据库的应用。结合最新的信息技术和数据处理技术，给  
出实时数据库的一般性设计原理及工业控制中实时数据库的体系结构，并对具体的设计思路和实  
现方法进行了详细说明。在现场的应用中，系统具有高度的实时特性和可靠性。  
关键词：工业控制；实时数据库；9-(*:  
中图分类号：!"8;!  
特性或确定的定时限制的数据库系统。系统的正确  
［#］［8］  
#" 引言  
性不仅依赖于逻辑结果，而且依赖于逻辑结果产生  
的时间。实时数据库系统中最为典型的问题是利用  
数据库技术的特点和优点解决实时系统中的数据管  
理问题，为数据库系统提供时间调度和资源分配的  
算法，以及实时数据处理的各种方法。  
数据库是有效的进行数据存储、共享和处理的  
工具，作为数据管理的核心，现代信息系统大都建立  
在数据库设计之上。随着信息技术的发展，数据库  
技术的应用也日益广泛。然而，在一些新的数据库  
应用领域中，其所需的数据管理功能有相当一部分  
是传统的数据库系统所不能支持的。于是，针对不  
同的应用，人们将数据库系统同其它领域的学科技  
术有机的结合起来，形成各种的数据库新技术。实  
时数据库（<.’3 = 0->. ?’@’A’).）就是其中之一，它  
适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间  
限制的事务处理，应用于在对数据库能力和实时处  
理技术两者均有要求的各种领域。  
时间特性是实时数据库系统不同于其它数据库  
的特点之一。数据、事件、活动都有与之相联系的时  
间限制。设计实时数据库系统时要充分考虑时间特  
性，考虑外部环境所施加的时间限制、系统性能所决  
定的时间限制、数据的时间一致性所要求的时间限  
制以及其它的时间限制。另外，由于时间限制的存  
在，实时数据库中的数据还存在除数据逻辑一致性  
和事务逻辑一致性外的两种一致性约束条件：数据  
时态一致性和事务时态一致性。因而在实时数据库  
系统中通常有如下模块：实时任务调度、BC $ 访问调  
度、内存数据管理等。在实时调度中需要设计实时  
数据库的任务C 事务模型、资源模型、负载模型、调度  
算法模型等。  
实时数据库系统结合了实时数据处理技术和数  
据库技术，并同时满足数据实时性和一致性要求，支  
持大量的数据共享，维护数据的一致性、完整性，又  
支持数据和事务的时间限制。实时数据库，作为企  
业自动化与信息化的实时软件平台的核心技术，它  
在实时控制和管理控制一体化上表现出了巨大的应  
用前景，过程控制系统是实时数据库系统最重要的  
应用领域之一。实时数据库系统与现场控制设备直  
接相连接，使企业管理层实时地得到来自生产过程  
的数据，为管理信息系统的开发与应用提供了一个  
理想的平台，实现了管理与控制一体化，使企业的管  
理信息系统实时、高效的运行。  
8" 工业控制中实时数据库系统架构与实  
［!］［D］［E］［%］［7］  
现
8# #" 实时数据库系统框架  
实时数据库系统软件是一个完整体系，在工业  
控制应用过程中可根据规模和需求方便地进行裁  
减，因而在系统结构设计上应考虑使系统具有可拆  
分、模块化设计的特点，这样设计才能提供一个弹性  
的平台结构，使实时数据库系统能够对各种规模的  
企业需求提供解决方案。构建的实时数据库应具有  
［#］［!］［8］  
!" 实时数据库的设计原理  
实时数据库系统是指其数据和事务都具有定时  
万方数据  
甘肃自然科学基金（F：!+$8# = G!E = $!! = &）  
#
第!! 期’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ 尚’ 运等：工业控制中实时数据库系统研究  
G!  
如下特点：（!）模块组件化，系统易于维护和升级， 实时性限制，因此对时间的管理是一项根本性的任  
便于扩展。（"）接口软件易于组态和二次开发，数 务，时间管理模块就是负责系统中的时间控制。安  
据集成能力强。（#）网络环境下的数据安全性。 全处理模块的任务就是进行数据转储、建立日志文  
（$）进程间的通讯，具有一定的容错能力。（%）实时  
数据库核心易于实现系统服务级的稳定性和可靠  
性。（&）接口软件作为数据采集中间层，应配置灵  
活，具有很强的分布式处理能力，同时提供数据集成  
过程中的数据缓冲，可根据数据设备进行定制。实  
时数据库系统框架如图! 所示。  
件，以便当故障发生后实现数据库的恢复。  
#( "( #’ 应用程序编程接口设计  
实时数据库系统与实时应用程序进行交互是通  
过应用程序编程接口（=>>/*1:3*0+ ?;07;:..*+7 @+A  
38;B:18，简称=?@）来实现的。=?@ 是实时数据库提  
供给用户最底层的接口，它是一组（接口）函数的集  
合。客户程序通过 =?@ 可以访问实时数据库，并进  
行一系列的数据库相关操作。  
=?@ 它隐藏了数据库内核的细节，提高了内核  
的安全性和系统的通用性。用户编写直接访问实时  
数据库的应用程序，最直接的方法是调用 =?@ 接口  
函数。实时数据库系统的系统平台是)*+,- 操作系  
统，=?@ 接口函数是以共享库的方式提供的。  
#( "( $’ 实时数据库外壳程序设计  
编写一个自己的4C8// 程序，整合到实时数据库  
系统中，利用4C8// 能够起到运行程序的作用，初步  
实现实时数据库的人机交互。DC8// 的实现思路是  
这样的：4C8// 调用B0;2（）建立新进程，然后调用8-81  
（）在新进程中运行用户指定的程序，最后4C8// 调用  
E:*（3 ）等待新进程的结束。实现的具体过程如图"  
所示：  
图!’ 实时数据库系统框架  
#! "’ 关键技术实现  
#( "( !’ 实时数据内存锁定  
)*+,- 中内存锁定的实现是由 )*+,- 提供的一  
个系统调用./012 来完成的。./012 调用的语法为：  
*+3 4546./012（,+4*7+89 /0+7 43:;3，4*<863 /8+）。./012  
对由43:;3 所在页的起始地址开始，长度为 /8+ 的内  
存区域的页进行加锁。  
在实时数据库系统的实现过程中，内存锁定是  
作为数据库程序初始化的一部分存在的。由实时数  
据库守护进程申请分配内存空间，然后调用 ./012  
进行内存锁定，用于存储实时数据集合，这样在实时  
数据库整个运行期间，实时数据集合将常驻于内存  
中。  
#( "( %’ 401283 通信机制及网络通信接口  
在系统的实现中，实时数据库系统是作为4012A  
83 通信的服务器端，它创建套接字后，调用 F*+9 函  
数绑定特定的端口，然后监听端口，等待客户端的请  
求，接收到请求后，创建一个新的套接字来接收客户  
端发来的数据。服务器端从绑定好的端口接收到数  
据后，要对流式的数据根据定义好的数据格式进行  
分解，分解后的数据以记录为单位，调用实时数据库  
的应用程序编程接口，将实时记录插入到实时数据  
库中去，从现场设备到实时数据库的整个通信过程  
如图# 所示：  
#( "( "’ 实时数据库系统的内核模块  
内核模块是实时数据库系统的核心模块。在系  
统的设计中，内核模块是由三个子模块组成，这三个  
子模块分别是事务调度模块、时间管理模块和安全  
处理模块。  
事务调度模块是整个系统最核心的模块，它定  
义了一个事务优先队列，调度函数逐个地处理优先  
队列中的事务。时间管理模块和安全处理模块是辅  
助模块，在实时数据库系统中，由于对数据跟事务有  
万方数据  

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