1 引言
　　實時數據庫（real-time database， RTDB）作為組態軟件設計與實現的核心內容解決了其所 應對的現代工業生產現場環境中生產數據與控制數據類型復雜多樣，數據處理與事件調度時 間約束嚴格等難題［1］。目前，國內外已經有多種基于Windows 操作系統平臺的實時數據庫 產品在自動化過程控制領域中得到應用［2］，隨著Linux 操作系統的出現，這種開發平臺單一 的局面有望得到改觀。Linux 操作系統具有很多優秀的特性適于組態軟件實時數據庫系統的 開發，特別是其完善的進程線程管理，進程間通信機制與并發控制，可靠的內存管理系統［3］， 更是為時間約束嚴格的實時數據庫的開發提供了有力的支持。因此，本文結合Linux 系統實 時多任務方面的特性，采取能夠滿足數據實時響應要求的多級存儲結構，研究并提出了一種 基于嵌入式Linux 系統平臺并可應用于監控組態軟件的實時數據庫實現方案。
　　2 實時數據庫存儲結構的分析與設計
　　實時數據庫是監控組態軟件數據處理，事務調度，各應用程序間通信的中心。圖1 即示 出了組態軟件實時數據庫的數據處理流程。
　　
　　2.1 實時數據庫的數據流分析
　　組態軟件運行環境分為實時數據庫管理系統（RTDBMS）和實時監控界面程序（real-time supervisory control interface， RTSCI）。實時數據庫管理系統需要把工業現場中復雜多樣的過 程和控制數據抽象為合理高效的數據結構，實時監控界面程序則利用實時過程數據為現場監 控人員提供一個反映實際生產過程的可視化圖形界面，在實際運行中二者構成客戶端/服務 器計算模式。RTDBMS 作為數據服務的提供者，需要滿足RTSCI 種類多樣的數據需求。
　　為了形象的描繪工業現場的實際生產過程，RTSCI 由多種圖形對象構成，根據不同的數 據類型需求可分為實時顯示，實時趨勢，歷史趨勢，實時報警等。而應用于現代工業生產現 場環境的實時數據庫還需要滿足嚴格的數據存取與事件響應的定時限制。所以，傳統的數據 庫管理系統所采用的數據表示方法，存儲模式已不能滿足工控組態軟件所要求的響應速度 ［4］。為此，在設計實時數據庫時，為了兼顧RTSCI 所要求的數據圖形表現多樣性與工業生產 環境時間約束的嚴格性，需要采用多種存儲介質合理組合的多層級數據存儲結構。
　　在工業生產過程中實時產生的過程量，是需要組態軟件在每個采樣周期中及時更新的動 態數據，為了保證實時數據庫的及時響應，須將其存儲在內存中；對于RTSCI 的某些數據 需求，如歷史趨勢顯示，實時數據庫應為之提供相比內存更大的存儲空間，這類數據需求不 需要很高的響應速度，可將之命名為靜態數據，其所服務的圖形對象要求可按時間翻頁瀏覽， 這類靜態數據適于存儲在文件系統中；而需要長期保存的生產過程量數據，即歷史數據，它 們是今后進行生產效能分析的依據，這些數據可以保存在通用數據庫中。這樣，由內存數據 庫，外存文件系統以及通用數據庫的三級存儲結構，便構成了既可滿足實時數據定時限制又 兼顧數據需求多樣性的可應用于監控組態軟件的實時數據庫的存儲架構。
　　2.2 利用共享內存與命名管道技術實現實時數據庫存儲結構
　　Linux 提供了一組由AT&T System V.2 版本的UNIX 引入的進程間通信（Inter-Process CommunicatiON， IPC）機制，其中的共享內存技術允許兩個不相關的進程訪問同一段邏輯內 存，是在兩個運行中的進程間傳遞數據的一種非常高效的數據訪問機制［5］，可為RTDBMS 與RTSCI 間的動態數據交互提供有力的支持。但共享內存技術本身并未提供任何同步機制， 因此還需要配合IPC 的信號量機制來保證二者間數據訪問控制。Linux 提供的另一組在不相 關的進程間進行數據交互的函數是命名管道FIFO。它是將數據存儲在文件系統中實現進程 間共享的一種通信方式。命名管道適用于數據存取響應時間要求相對寬松且數據交互總量較 大的應用場合。同時，FIFO 中實現數據讀寫的read 和write 調用的阻塞機制，還可以提供 進程間的同步控制。
　　
　　由上述對其特點的分析，FIFO 技術是實現RTDBMS 與RTSCI 間靜態數據交互較好的 選擇。上圖即示出了由共享內存，命名管道，ODBC 接口等多種進程間通信機制構建的實時 數據庫存儲結構。值得注意的是，為了實現實時數據庫與通用數據庫的雙向數據交換，需要編寫特定的通用數據庫接口（ODBC 接口）例程。Linux 提供了一組豐富的接口函數用來訪問 MySQL 數據庫。通過對通用數據庫MySQL 的數據連接進行組態，實時數據庫便可按照預 先指定的采樣周期，對規定時間區段內的歷史數據與MySQL 數據庫建立數據連接。