安卓操作系統(tǒng)下SEED分布式數(shù)據(jù)庫在大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

1、安卓操作系統(tǒng)下SEED分布式數(shù)據(jù)庫在大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用【摘要】在德州儀器推出SEED通用嵌入系統(tǒng)后，其強大的計算功能正在迅速的占領(lǐng)嵌入式和移動式設(shè)備的市場，成為目前市面上最常見的硬件設(shè)備之一。同時，因為安卓系統(tǒng)與SEED系統(tǒng)的完美結(jié)合，使得目前SEED系統(tǒng)借助安卓通用軟件減輕軟件編寫壓力的做法比比皆是。本文建立在SEED硬件系統(tǒng)和安卓操作系統(tǒng)平臺下的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計，較為完美的解決了大數(shù)據(jù)在智能家居網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，使得智能家居的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)形成較為完善的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。【關(guān)鍵詞】SEED通用嵌入系統(tǒng)；安卓操作系統(tǒng)；分布式數(shù)據(jù)庫；大數(shù)據(jù)；1. 智能移動的發(fā)展背景21世紀(jì)的第一個十年是移動設(shè)備布局的十年

2、，在2000年時，民用移動設(shè)備僅限于手機和尋呼機，且功能簡單，即使是同類設(shè)備之間的軟件和硬件都沒有實現(xiàn)通用和可置換。而僅僅過去了十余年時間，移動設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到日新月異的程度，不僅僅是移動設(shè)備已經(jīng)從簡單的手機和尋呼機發(fā)展到目前的穿戴設(shè)備、車載設(shè)備、手持設(shè)備、膝上設(shè)備等諸多方面，且與移動設(shè)備并不同根的嵌入設(shè)備也已經(jīng)與移動設(shè)備實現(xiàn)了通用化和可置換化。目前來說，市場上的移動設(shè)備主要分為ARM架構(gòu)、SEED架構(gòu)、IBM架構(gòu)、IMAC架構(gòu)等多個不同形式，目前在中國市場占有率最高的是ARM架構(gòu)，其次是IMAC架構(gòu)，而IBM架構(gòu)因為存在體積和重量較大，散熱難以解決的問題，目前止步于膝上設(shè)備和桌面一體設(shè)備，以及

3、對于數(shù)據(jù)處理能力要求較大的固定嵌入設(shè)備，但SEED設(shè)備作為新興的架構(gòu)方式，因為其擁有了絕對正統(tǒng)的移動設(shè)備基因，且在目前元件密度和單位體積計算能力等計算方面都有著絕對的領(lǐng)先價值。在移動設(shè)備的操作系統(tǒng)的布局過程中，曾經(jīng)涌現(xiàn)出而且正在涌現(xiàn)出眾多的移動設(shè)備和嵌入設(shè)備通用的操作系統(tǒng)，比如塞班、蘋果、安卓等。而蘋果系統(tǒng)一般僅被支持安裝在蘋果公司生產(chǎn)的硬件中，而塞班系統(tǒng)作為經(jīng)典的32位移動設(shè)備操作系統(tǒng)，是基于C+內(nèi)核和事件驅(qū)動機制編寫的以EPOC為基礎(chǔ)的多任務(wù)多用戶多線程操作系統(tǒng)，作為最早最成熟的移動操作系統(tǒng)，從一定意義上是塞班系統(tǒng)帶來了智能化移動互聯(lián)時代。但是，因為塞班系統(tǒng)不是一個開方系統(tǒng)，2008年谷歌

4、帶領(lǐng)84家企業(yè)聯(lián)合開發(fā)并發(fā)布了安卓系統(tǒng)之后，迅速占領(lǐng)了塞班的市場，2012年2月的報告中，塞班系統(tǒng)在全球的份額僅余下3%，2013年10月，諾基亞表示不再開發(fā)基于塞班系統(tǒng)的諾基亞手機。Symbian Belle Feature Pack 2成為了最后一個版本的塞班系統(tǒng)。目前，安卓系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用于78.1%的移動設(shè)備和33.2%的工業(yè)控制設(shè)備中，因為安卓系統(tǒng)的實質(zhì)是linux系統(tǒng)的一個版本，其秉承和堅持著linux系統(tǒng)的全開源理念。所以，安卓系統(tǒng)在2008年10月推出后，版本已經(jīng)衍生到了V4.4，而且電視機、電冰箱、洗碗機、電烤箱甚至成人用品都已經(jīng)衍生開發(fā)了自己的安卓系統(tǒng)，車載計算中心、GPS、

5、手機、PDA等傳統(tǒng)的移動智能設(shè)備，也都紛紛開發(fā)自己的安卓系統(tǒng)，據(jù)谷歌的報告中說，截至2014年3月，世界上超過10億臺設(shè)備安裝了安卓系統(tǒng)。2. SEED對于智能移動的推進作用德州儀器是一個傳奇的企業(yè)，1958年，德州儀器開發(fā)了世界上第一片集成電路，而此引起世界電工學(xué)變革的里程碑式發(fā)明，德州儀器的開發(fā)人員從最初構(gòu)想的提出到產(chǎn)品完成市場轉(zhuǎn)化，僅用了100天時間。隨后，1971年德州儀器開發(fā)了第一片單芯片微型計算機，也就是今天說的SCM架構(gòu)。1978年，德州儀器研制了世界上第一個聲音合成芯片，從此我們擁有了LPC。從某種意義上，德州儀器已經(jīng)是當(dāng)今自動化行業(yè)的真正引導(dǎo)者，而SEED擁有完全正統(tǒng)的德州儀

6、器血統(tǒng)，這與ARM架構(gòu)相比，雖然SEED在推出時間上落后于ARM，但是，ARM從工程意義上僅僅是德州儀器原有產(chǎn)品的組合應(yīng)用，而SEED是正統(tǒng)的德州儀器產(chǎn)品。所以，SEED近年得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可，并且迅速搶占已經(jīng)被ARM幾乎完全占領(lǐng)的移動智能化設(shè)備的市場。SEED占領(lǐng)市場的最關(guān)鍵的原因有三個方面：1）強大的主機計算能力目前的SEED設(shè)備已經(jīng)擁有了8核2.4GHz的計算能力外加支持1666MHz的DDR3RAM總線，最大運行內(nèi)存支持已經(jīng)達到了32GHz，這種單機計算能力已經(jīng)達到了目前市面上的主流臺式工作站的計算水平。但即便是最高配置的SEED的體積可以封裝進45公分見方的殼體內(nèi)，全面的支持了移動

7、設(shè)備。特別是SEED設(shè)備對于單個賦存的支持也已經(jīng)達到了64GB以上，在搭載輔處理機的前提下，SEED可以支持TB級別的輔存管理。2）大跨度的市場定位目前市面上的SEED設(shè)備裸機，在預(yù)裝安卓操作系統(tǒng)的前提下，售價從200元人民幣到20萬人民幣不等，這些設(shè)備因為模塊集成數(shù)量的多少和計算能力的強弱進行市場運營，可以適應(yīng)幾乎全部水平和系統(tǒng)的嵌入和移動設(shè)備的功能開發(fā)。本文研究的系統(tǒng)主要采用中低檔SEED系統(tǒng)開發(fā)的電冰箱、空調(diào)機、熱水器、感光窗簾等系統(tǒng)的安卓控制平臺，同時，本文研究的系統(tǒng)也可以應(yīng)用于其他的基于安卓的系統(tǒng)中，比如家庭安全監(jiān)測系統(tǒng)、家用數(shù)據(jù)中心、智能路由器等。這些系統(tǒng)因為較廣泛的采用了安卓系統(tǒng)

8、和SEED硬件架構(gòu)，所以較為適合本文的系統(tǒng)。3）強大的云計算和互聯(lián)能力SEED的最大特點就是支持幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)模塊和網(wǎng)絡(luò)通訊模式，ZIGBEE、BLUETEETH、WIFI是SEED最常用的互聯(lián)網(wǎng)形式，而在有線通訊方面，ZIG可以支持10/100/1000以太網(wǎng)、光纖的單雙工、同軸、杜邦等多種通訊協(xié)議。甚至通過高速的SATA、1394、SICI等高速通訊總線，我們可以實現(xiàn)較大規(guī)模的SEED陣列。也就是說SEED的最大市場驅(qū)動力在于，其在多機協(xié)同處理過程中的強大表現(xiàn)，使得其計算能力的可擴展性達到了最高，與其他系統(tǒng)之間的兼容性可以達到最完美的程度。3. 安卓數(shù)據(jù)庫的需求分析SQLite是運行在安卓

9、系統(tǒng)上的較為成熟的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，僅需要幾百K的RAM空間就可以幾乎完美運行，所以，雖然SQLite是面向UNIX的平臺開發(fā)，且初衷是應(yīng)用在更高計算能力的平臺上，但是，SQLite的功能以及他對linux系統(tǒng)的同步支持，使得其在包括安卓系統(tǒng)在內(nèi)的基于linux的所有系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。表1：SQLite的常用SQL方法序號功能序號功能1ATTACH DATABASE14DROP TRIGGER2BEGIN TRANSACTION15DROP VIEW3comment16END TRANSACTION4COMMIT TRANSACTION17EXPLAIN5COPY18expression6CR

10、EATE INDEX19INSERT7CREATE TABLE20ON CONFLICT clause8CREATE TRIGGER21PRAGMA9CREATE VIEW22REPLACE10DELETE23ROLLBACK TRANSACTION11DETACH DATABASE24SELECT12DROP INDEX25UPDATE13DROP TABLE數(shù)據(jù)來源：SQLite官方說明書安卓系統(tǒng)下的SQLite系統(tǒng)系統(tǒng)大小僅為4.43MB，但能較完美的支持2TB的數(shù)據(jù)庫的管理，所以，在其指令集的支持下，基于linux內(nèi)核的安卓系統(tǒng)可以完美的運行。本文系統(tǒng)主要有以下幾點具體要素：1）開發(fā)與

11、運行平臺基于SEED系統(tǒng)開發(fā)，要求SEED系統(tǒng)的運行頻率在600MHz以上，運行內(nèi)存512MB以上，數(shù)據(jù)庫容量2GB左右。實際運行中，該系統(tǒng)可以運行在更高水平的SEED設(shè)備上，實際上，目前市面上的SEED設(shè)備，均已經(jīng)遠(yuǎn)超過了該配置。即便是千元左右的SEED-MSP430F5529中低檔SEED系統(tǒng)，其主頻也達到了2.4GHz以上，前段總線1000MHz。圖1：SEED-MSP430F5529外形圖表2：SEED-MSP430F5529硬件模塊設(shè)計參數(shù)模塊組成部分集成 MSP430F5529：128KB 閃存 / 8KB SRAM（如禁用 USB，則為 10kB）16 位 RISC 架構(gòu)，高達

12、25MHz3 個 Timer_A 塊、1 個 Timer_B 塊。2 個 USCI (UART/SPI/I2C) 塊。16 通道 12 位 ADC12_A、12 通道 Comp_B、63 I/O全速 USB 2.0，USB 開發(fā)平臺。5 塊電容觸摸條（按鈕或滑塊功能）。microSD Card 插槽，附 1GB 內(nèi)存卡。102x64 灰階點-矩陣 LCD，帶背光。4 個按鈕（2 個用戶配置按鈕、1 個復(fù)位按鈕、1 個 USB 自舉按鈕）。3 個通用 LED、5 個用于電容觸摸按鈕的 LED 和 1 個 LED 電源指示燈。滾輪/分壓器。集成的 EM 接頭可支持 TI 低功耗射頻無線評估模塊和

13、eZ430-RF2500T。當(dāng)前支持的模塊：CC1100/CC1101EMK - 低于 1GHz 無線電。CC2500EMK - 2.4GHz 無線電。CC2420/CC2430EMK - 2.4GHz 802.15.4 無線電。CC2520/CC2530EMK - 2.4GHz 802.15.4 無線電。集成 eZ-FET，可用于 Spy-Bi-Wire（2 線 JTAG）編程和調(diào)試。JTAG 接頭，可用于完整的 4 線 JTAG 編程和調(diào)試。多個電源選項，包括 USB、JTAG、電池或外部電源。可輕松訪問 F5529 I/O 引腳。數(shù)據(jù)來源：SEED-MSP430F5529官方說明書軟件支

14、持方面，我們要求系統(tǒng)已經(jīng)部署有安卓2.0以上系統(tǒng)，對于安卓2.0以后系統(tǒng)兼容支持，同時建議使用較新的安卓4.4操作系統(tǒng)。同時，系統(tǒng)中已經(jīng)部署的SQLite系統(tǒng)是必備的基礎(chǔ)軟件。因為本文系統(tǒng)是建立在安卓操作系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺之上，且直接通過調(diào)用系統(tǒng)中的硬件API及其他資源進行工作，所以，本文系統(tǒng)除了能在部署了安卓系統(tǒng)的SEED平臺上運行，也可以在部署了安卓系統(tǒng)的ARM平臺上運行。安卓系統(tǒng)給我們帶來的最大契機就是可以像在通用計算機平臺上一樣開發(fā)移動平臺軟件甚至開發(fā)嵌入式平臺軟件。本文采用的開發(fā)環(huán)境為VC+，直接通過USB調(diào)試接口直接在SEED上完成調(diào)試。2）應(yīng)用平臺因為SQLite不僅僅可以運行在手機

15、平臺上，所以，SQLite數(shù)據(jù)庫完全可以成為智能家居網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)軟件。本文系統(tǒng)要求不同的軟件可以通過UIS或者API在不同系統(tǒng)之間形成基于小局域網(wǎng)廣播的數(shù)據(jù)同步。因為CREATE INDEX、CREATE TABLE、CREATE TRIGGER、CREATE VIEW等方法的存在，且配合DROP INDEX、DROP TABLE、DROP TRIGGER、DROP VIEW等方法，可以實現(xiàn)在同一個數(shù)據(jù)庫CONNECTION之下，較為自由的根據(jù)不同的軟件數(shù)據(jù)同步需求，在不同系統(tǒng)之間形成鏡像數(shù)據(jù)庫。因為該系統(tǒng)是一個底層平臺，所以，系統(tǒng)雖然允許用戶自行安裝或者卸載，但是，應(yīng)該偵測到數(shù)據(jù)被調(diào)用的不容

16、軟件，在系統(tǒng)卸載軟件時，可以彈出提示，告知用戶卸載該軟件可能造成的系統(tǒng)運行不穩(wěn)定或者其他相關(guān)軟件受到影響。4. 大數(shù)據(jù)的實現(xiàn)本文對于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表設(shè)計并沒有具體要求，因為本文系統(tǒng)僅僅提供隔一個接口，允許設(shè)備用戶和APP應(yīng)用軟件提出數(shù)據(jù)庫操作要求，而此要求在操作本機SQLite的同時，對于局域網(wǎng)內(nèi)安裝了本文系統(tǒng)的所有設(shè)備的SQLite進行操作。也就是說，其數(shù)據(jù)庫部分并不是本文系統(tǒng)的主體，而是運行本文系統(tǒng)要求前置安裝SQLite數(shù)據(jù)庫。1）應(yīng)用程序訪問：應(yīng)用程序提交SELECT方法、DELETE方法、INSERT方法、UPDATE方法等具體的SQL方法時，本文系統(tǒng)會同步輪詢網(wǎng)絡(luò)中的所有SQLite

17、數(shù)據(jù)庫，當(dāng)其中一個SQLite數(shù)據(jù)庫發(fā)生訪問錯誤時，本文系統(tǒng)會對這些數(shù)控庫進行同步，然后進行操作。本文系統(tǒng)傾向于使局域網(wǎng)中所有設(shè)備的數(shù)據(jù)庫同步為相同的鏡像。2）應(yīng)用程序卸載：在某一個應(yīng)用程序訪問過本文系統(tǒng)時，本文系統(tǒng)會對該程序進行建檔管理，這個檔案同樣寫入到SQLite系統(tǒng)中，同樣在本系統(tǒng)中進行同步管理。而在這些系統(tǒng)中的相關(guān)軟件卸載后，本文系統(tǒng)會對這些軟件訪問過的數(shù)據(jù)表進行判斷，查看局域網(wǎng)中所有的其他軟件是否曾經(jīng)訪問過該系統(tǒng)。如果該系統(tǒng)訪問的數(shù)據(jù)表沒有其他軟件關(guān)聯(lián)，本文系統(tǒng)會自動清空這些數(shù)據(jù)表，以減輕系統(tǒng)的壓力。安卓系統(tǒng)中的大部分軟件都對垃圾信息的處理能力不強，這是導(dǎo)致不少用戶周期性的刷寫操作

18、系統(tǒng)的主要原因之一。3）應(yīng)用程序安裝：當(dāng)安裝了新軟件時，軟件對于數(shù)據(jù)庫的讀寫動作會被本文系統(tǒng)捕捉，從而建檔。特別是本文系統(tǒng)會根據(jù)經(jīng)常讀寫數(shù)據(jù)庫的軟件制作臺賬表格，對于多數(shù)終端設(shè)備已經(jīng)安裝但是少數(shù)設(shè)備沒有安裝的軟件，本文系統(tǒng)會推薦其他系統(tǒng)安裝。同時，用戶可以根據(jù)本文系統(tǒng)列表建立的臺賬，選擇某系統(tǒng)不會安裝的軟件，這個軟件唯一關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表就會被刪除，同時這些數(shù)據(jù)不會對該終端進行同步。4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整：當(dāng)系統(tǒng)軟件被調(diào)整后，特別是SQLite升級或者刪除后，本文系統(tǒng)會作出警告，提示客戶對本文系統(tǒng)做出配置，或者提醒本文系統(tǒng)已經(jīng)無法找到需要連接的數(shù)據(jù)庫。也就是說，本文系統(tǒng)是一個中間軟件，其主要功能是應(yīng)用程序與SQLite之間的一個外掛軟件。5）訪問失敗：在應(yīng)用程序向著本文系統(tǒng)發(fā)出數(shù)據(jù)庫操作指令后，本文系統(tǒng)不能作出正確的動作，特別是本文系統(tǒng)不能得到數(shù)據(jù)庫的正確響應(yīng)時，應(yīng)該對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫連接的有效性進行判斷，并且一次遍歷其他終端設(shè)備的數(shù)據(jù)庫，找到可以正常響應(yīng)的數(shù)據(jù)庫后，對所有數(shù)據(jù)庫進行該表的同步，以防下次出現(xiàn)類似問題?；蛘哒f，在正常訪問的過程中，是每次訪問后由本文研究的系統(tǒng)以本機數(shù)據(jù)庫為藍本對外同步所有數(shù)據(jù)庫，而在本機發(fā)生數(shù)據(jù)庫讀取錯誤時，系統(tǒng)會根據(jù)全網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)，根據(jù)能夠正確反