嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)最優(yōu)訪問路徑自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃海軍 韓紅章 趙小榮

摘? 要： 傳統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)最優(yōu)訪問路徑自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)過程中覆蓋率低，準(zhǔn)確性差。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了一種新的系統(tǒng)，硬件由采集器模塊、處理器模塊和檢測(cè)器模塊三部分組成，利用CAN總線連接硬件設(shè)備。采集器模塊的運(yùn)行系統(tǒng)為PC104系統(tǒng)，內(nèi)部裝有16 GB CF卡存儲(chǔ)器，配合軟件工作，選用智能采集通信節(jié)點(diǎn)C805 1 FO103作為通信節(jié)點(diǎn);處理器模塊內(nèi)部擁有寄存器單元、算術(shù)邏輯單元、輸入/輸出單元，通過EAD?STROBE脈沖控制信息輸入，利用WEAR?FAFAVD脈沖信號(hào)執(zhí)行輸出操作。軟件分為系統(tǒng)上電復(fù)位、信息采集、信息處理三步。為檢測(cè)系統(tǒng)工作效果，與傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明，給出的檢測(cè)系統(tǒng)覆蓋率更高，準(zhǔn)確性更好。

關(guān)鍵詞： 嵌入式; 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù); 最優(yōu)訪問路徑; 自動(dòng)檢測(cè); 脈沖信號(hào); 覆蓋率

中圖分類號(hào)： TN710?34; TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）13?0159?04

Design of automatic detection system for optimal access path

of embedded network database

HUANG Haijun， HAN Hongzhang， ZHAO Xiaorong

（School of Computer Engineering， Jiangsu University of Technology， Changzhou 213001， China）

Abstract： A new system is designed in view that the traditional automatic detection system for optimal access path of embedded network database has low coverage and poor accuracy in the detection process. The system hardware consists of three parts， named collector module， processor module and detector module. The CAN （controller area network） bus is used to connect the hardware equipment. The operation system of the collector module is PC104 system， equipped with 16 GB CF card memory to work with the software. The intelligent acquisition communication node C805 1 FO103 is used as the communication node. The processor module is internally provided with the register unit， arithmetic logic unit and input/output unit. The EAD?STROBE pulse is used to control the information input and WEAR?FAFAVD pulse signals are used to perform the output operation. The software is divided into system power?on reset， information acquisition and information processing. Contrastive experiments were performed to detect the working effect of the system. The results show that the proposed detection system has higher coverage and better accuracy.

Keywords： embedded type; network database; optimal access path; automatic detection; pulsing signal; coverage rate

0? 引? 言

嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)具備獨(dú)特的運(yùn)行模式，將其應(yīng)用到程序中，可以去掉與客戶機(jī)服務(wù)器配置相關(guān)設(shè)備的開銷。嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)占用內(nèi)存小，使用代碼精簡(jiǎn)，運(yùn)行速度快，工作效果理想。在不受到外界干擾的情況下，嵌入式系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間工作[1]。目前，嵌入式軟件系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成熟，系統(tǒng)內(nèi)部的管理模式更加成熟、高效、穩(wěn)定，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，在確保嵌入式系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用[2]。

嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)最優(yōu)訪問路徑自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具備檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問路徑的功能，并且能夠在多個(gè)訪問路徑中確定出最優(yōu)訪問路徑[3]。用戶最優(yōu)路徑預(yù)測(cè)、推薦是目前嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘的一個(gè)重要方向，檢測(cè)系統(tǒng)能夠向用戶推廣有效的訪問路徑，提高搜索引擎的服務(wù)效果，為用戶提供個(gè)性化訪問服務(wù)[4]。

近年來，對(duì)于嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)最優(yōu)訪問路徑自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究較多，目前的檢測(cè)系統(tǒng)多是根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、關(guān)聯(lián)規(guī)則算法、聚類算法提出的。其中，關(guān)聯(lián)規(guī)則算法和聚類算法得到了廣泛的推廣，關(guān)聯(lián)算法能夠?qū)τ脩舻臑g覽歷史進(jìn)行訪問，分析用戶的瀏覽記錄，推廣關(guān)聯(lián)信息，檢測(cè)適合用戶的最優(yōu)訪問路徑，但是這種方法過于受到支持度和置信度的影響，如果選擇不當(dāng)，就會(huì)加長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間，降低推薦性能。聚類算法是根據(jù)用戶訪問界面的布爾量進(jìn)行推廣的，采取的信息過于單一，難以準(zhǔn)確檢測(cè)到最優(yōu)訪問路徑[5]。

本文在傳統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新的最優(yōu)訪問路徑自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)出多個(gè)訪問路徑，根據(jù)用戶平時(shí)瀏覽的資料以及每個(gè)路徑的性能選取最優(yōu)路徑進(jìn)行推廣。為驗(yàn)證系統(tǒng)性能，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)研究。

1? 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)最優(yōu)訪問路徑自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件主要包括三部分：采集器模塊、處理器模塊和檢測(cè)器模塊，通過CAN總線上傳給中心系統(tǒng)。采集器負(fù)責(zé)采集外部信息，將每個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息匯總到一起;處理器負(fù)責(zé)處理采集器采集到的信息，通過動(dòng)態(tài)曲線圖反映處理結(jié)果;檢測(cè)器負(fù)責(zé)檢測(cè)最優(yōu)訪問路徑，并將檢測(cè)結(jié)果加以比較，綜合分析用戶的瀏覽愛好，選出最后的結(jié)果，推薦給用戶[6]。

嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)最優(yōu)訪問路徑自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

觀察圖1可知，嵌入式信息處理模塊是本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的核心單元，不僅負(fù)責(zé)信息的處理工作，而且負(fù)責(zé)將后期得到的信息反饋給中心系統(tǒng)，同時(shí)接收外界用戶信息。處理器會(huì)根據(jù)指令進(jìn)行日常必要的維護(hù)工作，從而滿足檢測(cè)系統(tǒng)的本地維護(hù)要求和遠(yuǎn)程維護(hù)要求[7]。

系統(tǒng)內(nèi)部使用的冗余總線為CAN總線，每個(gè)采集器和處理器中間都會(huì)有2路獨(dú)立的CAN通道，系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，僅有1路CAN通道和1條CAN總線工作，另1路CAN通道和另1條CAN總線處于備份狀態(tài)，如果其中一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，備份設(shè)備將會(huì)啟用工作。但是任何時(shí)間，工作的CAN總線僅有1條，CAN通道僅有1路。

CAN總線控制器控制CAN總線工作，能夠診斷系統(tǒng)故障，當(dāng)診斷到系統(tǒng)故障時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)“關(guān)閉模式”，檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入離線狀態(tài)，警報(bào)器發(fā)出警報(bào)聲，提醒工作人員采取有效的方法解決。

1.1? 采集器模塊設(shè)計(jì)

本文選用的采集器串行總線為CAN總線，CAN總線是目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的串行總線，位速率高，抗電磁干擾能力強(qiáng)，當(dāng)采集器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，CAN總線能夠迅速監(jiān)測(cè)到故障，并且對(duì)監(jiān)測(cè)到的故障進(jìn)行處理，可靠性高、靈活性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好，對(duì)于信息采集有著很好的促進(jìn)作用[8]。傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)采集器內(nèi)部選用的總線為單總線，一旦總線通信出現(xiàn)故障，整個(gè)采集器都難以工作，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制工作起到很大的負(fù)面作用，甚至?xí)斐晌ｋU(xiǎn)，難以維修。單線總線出現(xiàn)故障之后，采集器采集到的所有信息都會(huì)丟失。加入了冗余CAN總線后，上述問題得到了很好的解決[9]。

為了滿足檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性，本文設(shè)計(jì)的采集模塊CAN總線接入方式為嵌入式接入，采集模塊的硬件組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

觀察圖2可知，CAN總線接口設(shè)定為開發(fā)接口，數(shù)據(jù)采集器的運(yùn)行系統(tǒng)為PC104系統(tǒng)，采集器能夠?qū)ν饨缧畔⑦M(jìn)行篩選，并且顯示出采集到的信息狀態(tài)。外圍控制接口和維護(hù)接口都為輔助接口，與CAN總線接口配合工作，幫助系統(tǒng)更好的運(yùn)行。采集器模塊內(nèi)部的嵌入式處理單元和中心操控系統(tǒng)通過雙CAN總線連接到一起[10]。

本文設(shè)計(jì)的采集器模塊能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，同時(shí)接收本地命令和遠(yuǎn)程命令。采集模塊的采集單元使用的架構(gòu)為X86架構(gòu)，配合PC104計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和CAN總線完成高質(zhì)量采集。采集器最高運(yùn)行速度可以達(dá)到300 MHz，模塊外部擁有豐富的接口，內(nèi)部裝有16 GB CF卡存儲(chǔ)器，配合軟件工作，方便調(diào)試和后期維修。為了更好地滿足CAN總線通信接口要求，采集器模塊中加入了SEM/CSD?4通信器，4路串行接口和8路并行接口同時(shí)工作，為系統(tǒng)日后的升級(jí)工作保留巨大空間[11]。

采集器的智能采集通信節(jié)點(diǎn)為C805 1 FO103，以高集成的方式組建所有元件，減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)功耗，提高系統(tǒng)可靠性。采集器模塊內(nèi)部設(shè)置的看門狗超時(shí)周期為1.25 s，通過CAN控制器實(shí)現(xiàn)冗余總線CAN接口。采集器模塊電路圖如圖3所示。

觀察圖3可知，當(dāng)模擬信號(hào)進(jìn)入采集器之后，首先會(huì)通過二階低通濾波器進(jìn)行濾波處理，然后送入放大器放大電路信號(hào)，最后通過12位ADC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和增益轉(zhuǎn)換。

1.2? 處理器模塊設(shè)計(jì)

處理器模塊選用的CPU為DSP TSAHU3，內(nèi)部擁有32位×32位的并行硬件乘法器，結(jié)構(gòu)緊密。處理器模塊內(nèi)部資源豐富，擁有20個(gè)通用寄存器和18位指令系統(tǒng)，內(nèi)部的地址線寬度最高可以達(dá)到12位，尋址空間[12]為1.5 Kb。處理器利用FPGA位流將文件傳給存儲(chǔ)器，處理器模塊外圍不需要設(shè)定多個(gè)存儲(chǔ)器元件。處理器模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1） 通用寄存器。處理器模塊內(nèi)部共有8個(gè)通用寄存器，工作位數(shù)都為8位，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)讀/寫工作，同時(shí)輸入/輸出信息，所有的信息都可以反饋給用戶。模塊內(nèi)部沒有特殊功能寄存器。

2） 算術(shù)邏輯單元[13]。提供8位運(yùn)算，借助寄存器提供的操作數(shù)據(jù)完成操作，得到的計(jì)算結(jié)果也會(huì)反饋給寄存器。除了普通的運(yùn)算工作，算術(shù)邏輯單元還可以進(jìn)行布爾操作，使處理器具有靈活的移位操作功能。

3） 輸入/輸出單元。處理器內(nèi)部擁有284個(gè)輸入口和284個(gè)輸出口，通過一個(gè)8位的地址譯碼器控制輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，輸入口和輸出口中的地址既可以是絕對(duì)地址，也可以是間接地址。處理器模塊在輸入信息時(shí)，寄存器啟動(dòng)工作，通過READ?STROBE脈沖指示運(yùn)行的信號(hào)，利用Ploc Blaze截取信號(hào)。處理器模塊在輸出信息時(shí)，寄存器會(huì)將得到的信號(hào)傳送到輸出口中，通過WEAR?FAFAVD脈沖信號(hào)執(zhí)行輸出操作，確保處理器傳出的信號(hào)數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)。