安卓操作系統(tǒng)下SEED分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(qiáng)大的計(jì)算功能正在迅速的占領(lǐng)嵌入式和移動(dòng)式設(shè)備的市場(chǎng)，成為目前市面上最常見(jiàn)的硬件設(shè)備之一。同時(shí)，因?yàn)榘沧肯到y(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(xiě)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(tái)下的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(kù)系統(tǒng)形成較為完善的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)?！娟P(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(kù)；大數(shù)據(jù)；1. 智能移動(dòng)的發(fā)展背景21世紀(jì)的第一個(gè)十年是移動(dòng)設(shè)備布局的十年

2、，在2000年時(shí)，民用移動(dòng)設(shè)備僅限于手機(jī)和尋呼機(jī)，且功能簡(jiǎn)單，即使是同類(lèi)設(shè)備之間的軟件和硬件都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)通用和可置換。而僅僅過(guò)去了十余年時(shí)間，移動(dòng)設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到日新月異的程度，不僅僅是移動(dòng)設(shè)備已經(jīng)從簡(jiǎn)單的手機(jī)和尋呼機(jī)發(fā)展到目前的穿戴設(shè)備、車(chē)載設(shè)備、手持設(shè)備、膝上設(shè)備等諸多方面，且與移動(dòng)設(shè)備并不同根的嵌入設(shè)備也已經(jīng)與移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了通用化和可置換化。目前來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)上的移動(dòng)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(gè)不同形式，目前在中國(guó)市場(chǎng)占有率最高的是ARM架構(gòu)，其次是IMAC架構(gòu)，而IBM架構(gòu)因?yàn)榇嬖隗w積和重量較大，散熱難以解決的問(wèn)題，目前止步于膝上設(shè)備和桌面一體設(shè)備，以及

3、對(duì)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?yàn)槠鋼碛辛私^對(duì)正統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備基因，且在目前元件密度和單位體積計(jì)算能力等計(jì)算方面都有著絕對(duì)的領(lǐng)先價(jià)值。在移動(dòng)設(shè)備的操作系統(tǒng)的布局過(guò)程中，曾經(jīng)涌現(xiàn)出而且正在涌現(xiàn)出眾多的移動(dòng)設(shè)備和嵌入設(shè)備通用的操作系統(tǒng)，比如塞班、蘋(píng)果、安卓等。而蘋(píng)果系統(tǒng)一般僅被支持安裝在蘋(píng)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(dòng)設(shè)備操作系統(tǒng)，是基于C+內(nèi)核和事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制編寫(xiě)的以EPOC為基礎(chǔ)的多任務(wù)多用戶(hù)多線程操作系統(tǒng)，作為最早最成熟的移動(dòng)操作系統(tǒng)，從一定意義上是塞班系統(tǒng)帶來(lái)了智能化移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代。但是，因?yàn)槿嘞到y(tǒng)不是一個(gè)開(kāi)方系統(tǒng)，2008年谷歌

4、帶領(lǐng)84家企業(yè)聯(lián)合開(kāi)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(chǎng)，2012年2月的報(bào)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(kāi)發(fā)基于塞班系統(tǒng)的諾基亞手機(jī)。Symbian Belle Feature Pack 2成為了最后一個(gè)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(dòng)設(shè)備和33.2%的工業(yè)控制設(shè)備中，因?yàn)榘沧肯到y(tǒng)的實(shí)質(zhì)是linux系統(tǒng)的一個(gè)版本，其秉承和堅(jiān)持著linux系統(tǒng)的全開(kāi)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(jī)、電冰箱、洗碗機(jī)、電烤箱甚至成人用品都已經(jīng)衍生開(kāi)發(fā)了自己的安卓系統(tǒng)，車(chē)載計(jì)算中心、GPS、

5、手機(jī)、PDA等傳統(tǒng)的移動(dòng)智能設(shè)備，也都紛紛開(kāi)發(fā)自己的安卓系統(tǒng)，據(jù)谷歌的報(bào)告中說(shuō)，截至2014年3月，世界上超過(guò)10億臺(tái)設(shè)備安裝了安卓系統(tǒng)。2. SEED對(duì)于智能移動(dòng)的推進(jìn)作用德州儀器是一個(gè)傳奇的企業(yè)，1958年，德州儀器開(kāi)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(kāi)發(fā)人員從最初構(gòu)想的提出到產(chǎn)品完成市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，僅用了100天時(shí)間。隨后，1971年德州儀器開(kāi)發(fā)了第一片單芯片微型計(jì)算機(jī)，也就是今天說(shuō)的SCM架構(gòu)。1978年，德州儀器研制了世界上第一個(gè)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(dòng)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(shí)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(dòng)智能化設(shè)備的市場(chǎng)。SEED占領(lǐng)市場(chǎng)的最關(guān)鍵的原因有三個(gè)方面：1）強(qiáng)大的主機(jī)計(jì)算能力目前的SEED設(shè)備已經(jīng)擁有了8核2.4GHz的計(jì)算能力外加支持1666MHz的DDR3RAM總線，最大運(yùn)行內(nèi)存支持已經(jīng)達(dá)到了32GHz，這種單機(jī)計(jì)算能力已經(jīng)達(dá)到了目前市面上的主流臺(tái)式工作站的計(jì)算水平。但即便是最高配置的SEED的體積可以封裝進(jìn)45公分見(jiàn)方的殼體內(nèi)，全面的支持了移動(dòng)

7、設(shè)備。特別是SEED設(shè)備對(duì)于單個(gè)賦存的支持也已經(jīng)達(dá)到了64GB以上，在搭載輔處理機(jī)的前提下，SEED可以支持TB級(jí)別的輔存管理。2）大跨度的市場(chǎng)定位目前市面上的SEED設(shè)備裸機(jī)，在預(yù)裝安卓操作系統(tǒng)的前提下，售價(jià)從200元人民幣到20萬(wàn)人民幣不等，這些設(shè)備因?yàn)槟K集成數(shù)量的多少和計(jì)算能力的強(qiáng)弱進(jìn)行市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，可以適應(yīng)幾乎全部水平和系統(tǒng)的嵌入和移動(dòng)設(shè)備的功能開(kāi)發(fā)。本文研究的系統(tǒng)主要采用中低檔SEED系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的電冰箱、空調(diào)機(jī)、熱水器、感光窗簾等系統(tǒng)的安卓控制平臺(tái)，同時(shí)，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(cè)系統(tǒng)、家用數(shù)據(jù)中心、智能路由器等。這些系統(tǒng)因?yàn)檩^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(qiáng)大的云計(jì)算和互聯(lián)能力SEED的最大特點(diǎn)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(guò)高速的SATA、1394、SICI等高速通訊總線，我們可以實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的SEED陣列。也就是說(shuō)SEED的最大市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力在于，其在多機(jī)協(xié)同處理過(guò)程中的強(qiáng)大表現(xiàn)，使得其計(jì)算能力的可擴(kuò)展性達(dá)到了最高，與其他系統(tǒng)之間的兼容性可以達(dá)到最完美的程度。3. 安卓數(shù)據(jù)庫(kù)的需求分析SQLite是運(yùn)行在安卓

9、系統(tǒng)上的較為成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，僅需要幾百K的RAM空間就可以幾乎完美運(yùn)行，所以，雖然SQLite是面向UNIX的平臺(tái)開(kāi)發(fā)，且初衷是應(yīng)用在更高計(jì)算能力的平臺(tái)上，但是，SQLite的功能以及他對(duì)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(hào)功能序號(hào)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(lái)源：SQLite官方說(shuō)明書(shū)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(kù)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(yùn)行。本文系統(tǒng)主要有以下幾點(diǎn)具體要素：1）開(kāi)發(fā)與

11、運(yùn)行平臺(tái)基于SEED系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，要求SEED系統(tǒng)的運(yùn)行頻率在600MHz以上，運(yùn)行內(nèi)存512MB以上，數(shù)據(jù)庫(kù)容量2GB左右。實(shí)際運(yùn)行中，該系統(tǒng)可以運(yùn)行在更高水平的SEED設(shè)備上，實(shí)際上，目前市面上的SEED設(shè)備，均已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)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(dá)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(jì)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(dá)

12、25MHz3 個(gè) Timer_A 塊、1 個(gè) Timer_B 塊。2 個(gè) 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(kāi)發(fā)平臺(tái)。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(diǎn)-矩陣 LCD，帶背光。4 個(gè)按鈕（2 個(gè)用戶(hù)配置按鈕、1 個(gè)復(fù)位按鈕、1 個(gè) USB 自舉按鈕）。3 個(gè)通用 LED、5 個(gè)用于電容觸摸按鈕的 LED 和 1 個(gè) 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(wú)線評(píng)估模塊和

13、eZ430-RF2500T。當(dāng)前支持的模塊：CC1100/CC1101EMK - 低于 1GHz 無(wú)線電。CC2500EMK - 2.4GHz 無(wú)線電。CC2420/CC2430EMK - 2.4GHz 802.15.4 無(wú)線電。CC2520/CC2530EMK - 2.4GHz 802.15.4 無(wú)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(gè)電源選項(xiàng)，包括 USB、JTAG、電池或外部電源?？奢p松訪問(wèn) F5529 I/O 引腳。數(shù)據(jù)來(lái)源：SEED-MSP430F5529官方說(shuō)明書(shū)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(duì)于安卓2.0以后系統(tǒng)兼容支持，同時(shí)建議使用較新的安卓4.4操作系統(tǒng)。同時(shí)，系統(tǒng)中已經(jīng)部署的SQLite系統(tǒng)是必備的基礎(chǔ)軟件。因?yàn)楸疚南到y(tǒng)是建立在安卓操作系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái)之上，且直接通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)中的硬件API及其他資源進(jìn)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(tái)上運(yùn)行，也可以在部署了安卓系統(tǒng)的ARM平臺(tái)上運(yùn)行。安卓系統(tǒng)給我們帶來(lái)的最大契機(jī)就是可以像在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上一樣開(kāi)發(fā)移動(dòng)平臺(tái)軟件甚至開(kāi)發(fā)嵌入式平臺(tái)軟件。本文采用的開(kāi)發(fā)環(huán)境為VC+，直接通過(guò)USB調(diào)試接口直接在SEED上完成調(diào)試。2）應(yīng)用平臺(tái)因?yàn)镾QLite不僅僅可以運(yùn)行在手機(jī)

15、平臺(tái)上，所以，SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)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?yàn)镃REATE 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(shí)現(xiàn)在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是一個(gè)底層平臺(tái)，所以，系統(tǒng)雖然允許用戶(hù)自行安裝或者卸載，但是，應(yīng)該偵測(cè)到數(shù)據(jù)被調(diào)用的不容

16、軟件，在系統(tǒng)卸載軟件時(shí)，可以彈出提示，告知用戶(hù)卸載該軟件可能造成的系統(tǒng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)本文對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)并沒(méi)有具體要求，因?yàn)楸疚南到y(tǒng)僅僅提供隔一個(gè)接口，允許設(shè)備用戶(hù)和APP應(yīng)用軟件提出數(shù)據(jù)庫(kù)操作要求，而此要求在操作本機(jī)SQLite的同時(shí)，對(duì)于局域網(wǎng)內(nèi)安裝了本文系統(tǒng)的所有設(shè)備的SQLite進(jìn)行操作。也就是說(shuō)，其數(shù)據(jù)庫(kù)部分并不是本文系統(tǒng)的主體，而是運(yùn)行本文系統(tǒng)要求前置安裝SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。1）應(yīng)用程序訪問(wèn)：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(shí)，本文系統(tǒng)會(huì)同步輪詢(xún)網(wǎng)絡(luò)中的所有SQLite

17、數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)其中一個(gè)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生訪問(wèn)錯(cuò)誤時(shí)，本文系統(tǒng)會(huì)對(duì)這些數(shù)控庫(kù)進(jìn)行同步，然后進(jìn)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(kù)同步為相同的鏡像。2）應(yīng)用程序卸載：在某一個(gè)應(yīng)用程序訪問(wèn)過(guò)本文系統(tǒng)時(shí)，本文系統(tǒng)會(huì)對(duì)該程序進(jìn)行建檔管理，這個(gè)檔案同樣寫(xiě)入到SQLite系統(tǒng)中，同樣在本系統(tǒng)中進(jìn)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(huì)對(duì)這些軟件訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)表進(jìn)行判斷，查看局域網(wǎng)中所有的其他軟件是否曾經(jīng)訪問(wèn)過(guò)該系統(tǒng)。如果該系統(tǒng)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)表沒(méi)有其他軟件關(guān)聯(lián)，本文系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(duì)垃圾信息的處理能力不強(qiáng)，這是導(dǎo)致不少用戶(hù)周期性的刷寫(xiě)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(shí)，軟件對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)動(dòng)作會(huì)被本文系統(tǒng)捕捉，從而建檔。特別是本文系統(tǒng)會(huì)根據(jù)經(jīng)常讀寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件制作臺(tái)賬表格，對(duì)于多數(shù)終端設(shè)備已經(jīng)安裝但是少數(shù)設(shè)備沒(méi)有安裝的軟件，本文系統(tǒng)會(huì)推薦其他系統(tǒng)安裝。同時(shí)，用戶(hù)可以根據(jù)本文系統(tǒng)列表建立的臺(tái)賬，選擇某系統(tǒng)不會(huì)安裝的軟件，這個(gè)軟件唯一關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表就會(huì)被刪除，同時(shí)這些數(shù)據(jù)不會(huì)對(duì)該終端進(jìn)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(jí)或者刪除后，本文系統(tǒng)會(huì)作出警告，提示客戶(hù)對(duì)本文系統(tǒng)做出配置，或者提醒本文系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法找到需要連接的數(shù)據(jù)庫(kù)。也就是說(shuō)，本文系統(tǒng)是一個(gè)中間軟件，其主要功能是應(yīng)用程序與SQLite之間的一個(gè)外掛軟件。5）訪問(wèn)失?。涸趹?yīng)用程序向著本文系統(tǒng)發(fā)出數(shù)據(jù)庫(kù)操作指令后，本文系統(tǒng)不能作出正確的動(dòng)作，特別是本文系統(tǒng)不能得到數(shù)據(jù)庫(kù)的正確響應(yīng)時(shí)，應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)連接的有效性進(jìn)行判斷，并且一次遍歷其他終端設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)，找到可以正常響應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)后，對(duì)所有數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行該表的同步，以防下次出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。或者說(shuō)，在正常訪問(wèn)的過(guò)程中，是每次訪問(wèn)后由本文研究的系統(tǒng)以本機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)為藍(lán)本對(duì)外同步所有數(shù)據(jù)庫(kù)，而在本機(jī)發(fā)生數(shù)據(jù)庫(kù)讀取錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)全網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的響應(yīng)，根據(jù)能夠正確反