基于UB4020EVB的嵌入式数据库SQLite的移植<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
摘要
本文首先对嵌入式数据库SQLite做了简单的介绍，对移植所采用的软硬件平台作了简单的说明。然后以SQLite3为蓝本对移植过程中的细节作了详细的说明，并对移植后的SQLite3数据库进行了测试。测试结果表明，本文所采取的移植方式是有效的。
关键字：ARM-Linux、嵌入式、SQLite
Port SQLite to UB4020EVB Platform
Abstract
This paper first give a brief introduction to SQLite database and the hardware and software platform to port. Then demonstrate SQLite3’s porting process to ARM-Linux in detail and test the ported SQLite3. The testing result states that the porting method this paper proposed is effective.
Keywords: ARM-Linux、embedded、SQLite
1、引言
本文将简要介绍如何在ARM-Linux平台上移植SQLite嵌入式数据库。SQLite是一个采用C语言开发的嵌入式数据库引擎。SQLite的最新版本是3.3.8，在不至于引起混淆的情况下，本文也将其简称为SQLite3。
数据库的目标是 实现对数据的存储、检索等功能。传统的数据库产品除提供了基本的查询、添加、删除等功能外，也提供了很多高级特性，如触发器、存储过程、数据备份恢复等。 但实际上用到这些高级功能的时候并不多，应用中频繁用到的还是数据库的基本功能。于是，在一些特殊的应用场合，传统的数据库就显得过于臃肿了。在这种情况下，嵌入式数据库开始崭露头角。嵌入式数据库是一种具备了基本数据库特性的数据文件，它与传统数据库的区别是：嵌入式数据库采用程序方式直接驱动，而传统数据库则采用引擎响应方式驱动。嵌入式数据库的体积通常都很小，这使得嵌入式数据库常常应用在移动设备上。由于性能卓越，所以在高性能的应用上也经常见到 嵌入式数据库的身影。
SQLite是一种嵌入式数据库。SQLite的目标是尽量简单，因此它抛弃了传统企业级数据库的种种复杂特性，只实现那些对于数据库而言非常必要的功能。尽管简单性是SQLite追求的首要目标，但是其功能和性能都非常出色。它具有这样一些特点[1]：
l 支持ACID事务（ACID是Atomic、Consistent、Isolated、Durable的缩写）；
l 零配置，不需要任何管理性的配置过程；
l 实现了大部分SQL92标准；
l 所有数据存放在一个单独的文件之中，支持的文件大小最高可达2TB；
l 数据库可以在不同字节序的机器之间共享；
l 体积小，在去掉可 选功能的情况下，代码体积小于150KB，即使加入所有可选功能，代码大小也不超过250KB；
l 系统开销小，检索效率高，执行常规数据库操作时速度比客户 /服务器类型的数据库快；简单易用的API接口；
l 可以和Tcl、Python、C/C 、Java、Ruby、Lua、Perl、PHP等多种语言绑定；
l 自包含，不依赖于外部支持；良好注释的代码；
l 代码测试覆盖率达95%以上；
l 开放源码，可以用于任何合法用途。
由于这样一些杰出的优点， SQLite获得了由Google与O’Reilly举办的2005 Open Source Award！
由于SQLite具有功能强大、接口简单、速度快、占用空间小这样一些特殊的优点，因此特别适合于应用在嵌入式环境中。SQLite在手机、PDA、机顶盒等设备上已获得了广泛应用。本文将说明如何在ARM-Linux内核的基础上移植SQLite3。
2、软硬件平台
本文中采用的硬件平台为南京博芯公司的UB4020EVB(1.5)嵌入式开发板，处理器为东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心设计SEP4020。采用0.18um标准CMOS的工艺设计，内嵌ASIX CORE(32位RISC内核，带8KB指令数据Cache，完全兼容ARM720T内核)，SEP4020芯片中集成各种功能，包括：
l 8/16位SRAM/NOR FALSH接口，16位SDRAM接口
l 硬件NAND FLASH控制器，支持NAND FLASH自启动
l <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />10M/100M自适应以太网MAC，支持RMII接口
l 64K Byte高速片上SRAM
l USB1.1 Device，全速12Mbps
l 支持I2S音频接口
l 支持MMC/SD卡
l LCD控制器，支持TFT彩屏和STN黑白、灰度屏
l RTC，支持日历功能/WatchDog，支持后备电源
l 10通道TIMER，支持捕获、外部时钟驱动和MATCH OUT
l 4通道PWM，支持高速GPIO
l 4通道UART，均支持红外
l 2通道SSI，支持SPI和Microwire协议
l 2通道SmartCard接口，兼容ISO7816协议
l 支持最多97个GPIO，14个外部中断
l 支持外部DMA传输
l 片上DPLL，支持多种功耗模式：IDLE、SLOW、NORMAL、SLEEP
底层软件系统是以ARM-Linux内核为基础的，目前版本号为SEP4020 Linux SDK 3.1beta。
要将SQLite3移植到Sitsang评估板上，除了要有底层操作系统的支持外，还必须要有相应的交叉编译工具链。由于UB4020EVB(1.5)采用的是ARM-Linux作为底层操作系统，因此需要首先安装ARM-Linux工具链。关于ARM-Linux工具链的安装可以参阅文献[4]。ARM-Linux工具链通常安装在/usr/local/arm-linux/bin/目录下，通常以arm-linux-开头。本文中将会涉及到的主要是arm-linux-gcc、arm-linux-ar、arm-linux-ranlib这样三个工具。
3、移植过程
首先从http://sqlite.org下载SQLite 3.3.8。本文中假设将sqlite-3.3.8.tar.gz下载到/root目录下。然后，通过下列命令解压缩sqlite-3.3.8.tar.gz并将文件和目录从归档文件中解压出来：
[root@localhost ~]# tar zxvf sqlite-3.3.8.tar.gz
解压抽取完成之后将会在/root目录下生成一个sqlite-3.3.8/子目录，在该目录中包含了编译所需要的所有源文件和配置脚本。SQLite3的所有源代码文件都位于sqlite-3.3.8/src/目录下。
与在PC环境下编译SQLite3不同，不能通过sqlite-3.3.8/目录下的configure脚本来生成Makefile文件。而是必须手动修改Makefile文件。在sqlite-3.3.8/目录下有一个Makefile范例文件Makefile.linux-gcc。
首先通过下面的命令拷贝此文件并重命名为Makefile：
[root@localhost ~]# cd sqlite-3.3.8
[root@localhost sqlite-3.3.8]#cp Makefile.linux-gcc Makefile
接下来，用gedit打开Makefile文件并手动修改Makefile文件的内容。
[root@localhost sqlite-3.3.8]#gedit Makefile
找到Makefile文件中的下面这样一行：
TOP = ../sqlite
将其修改为：
TOP = .
找到下面这样一行：
TCC = gcc -O6
将其修改为：
TCC = arm-linux-gcc -O6
找到下面这样一行：
AR = ar cr
将其修改为：
AR = arm-linux-ar cr
找到下面这样一行：
RANLIB = ranlib
将其修改为：
RANLIB = arm-linux-ranlib
找到下面这样一行：
MKSHLIB = gcc -shared
将其修改为：
MKSHLIB = arm-linux-gcc -shared
注释掉下面这一行：
TCL_FLAGS = -I/home/drh/tcltk/8.4linux
注释掉下面这一行：
LIBTCL = /home/drh/tcltk/8.4linux/libtcl8.4g.a -lm -ldl
原则上，对Makefile的修改主要包括两个方面：首先是将编译器、归档工具等换成交叉工具链中的对应工具，比如，gcc换成arm-linux-gcc，ar换成ar-linux-ar，ranlib换 成arm-linux-ranlib等等；其次是去掉与TCL相关的编译选项，因为默认情况下，将会编译SQLite3的Tcl语言绑定，但是在移植到ARM-Linux的时候并不需要，因此将两个与TCL有关的行注释掉。
对Makefile的所有修改总结如下所示。
TOP = ../sqlite
TOP = .
73行
TCC = gcc -O6
TCC = arm-linux-gcc -O6
81行
AR = ar cr
AR = arm-linux-ar cr
83行
RANLIB = ranlib
RANLIB = arm-linux-ranlib
86行
MKSHLIB = gcc -shared
MKSHLIB = arm-linux-gcc -shared
96行
TCL_FLAGS = -I/home/drh/tcltk/8.4linux
#TCL_FLAGS = -I/home/drh/tcltk/8.4linux
103行
LIBTCL = /home/drh/tcltk/8.4linux/libtcl8.4g.a -lm -ldl
#LIBTCL = /home/drh/tcltk/8.4linux/libtcl8.4g.a -lm -ldl
接下来，还需要修改的一个的文件是main.mk，因为Makefile包含了这个文件。找到这个文件中的下面一行：
select.o table.o tclsqlite.o tokenize.o trigger.o \
把它替换成：
select.o table.o tokenize.o trigger.o \
也就是把该行上的tclsqlite.o去掉。这样编译的时候将不会编译SQLite3的Tcl语言绑定。
自此，修改工作就完成了，接下来就可以开始编译SQLite3了，这通过make命令即可完成：
[root@localhost sqlite-3.3.8]# make
编译完成之后，将在sqlite3.3.8/目录下生成库函数文件libsqlite3.a和头文件sqlite3.h以及sqlite3，这就是所需要的三个文件了。
4、程序测试
这里以SQLite官方站点http://sqlite.org的quick start文档中的测试程序为例对移植到ARM-Linux上的SQLite3进行测试。
测试一：该程序清单如下：
#include <stdio.h>
#include <sqlite3.h>
static int callback(void *NotUsed, int argc, char **argv, char **azColName)
{
int i;
for (i = 0; i < argc; i++ )
{
printf("%s = %s\n", azColName, argv? argv : "NULL");
}
printf("\n");
return 0;
}
int main(int argc, char **argv)
{
sqlite3 *db;
char *zErrMsg = 0;
int rc;
if (argc != 3)
{
fprintf(stderr, "Usage: %s DATABASE SQL-STATEMENT\n", argv[0]);
exit(1);
}
rc = sqlite3_open(argv[1], &db);
if (rc)
{
fprintf(stderr, "Can't open database: %s\n", sqlite3_errmsg(db));
sqlite3_close(db);
exit(1);
}
rc = sqlite3_exec(db, argv[2], callback, 0, &zErrMsg);
if (rc != SQLITE_OK)
{
fprintf(stderr, "SQL error: %s\n", zErrMsg);
sqlite3_free(zErrMsg);
}
sqlite3_close(db);
return 0;
}
1、将此源程序保存为test.c，然后，通过如下命令编译该程序：
[root@localhost sqlite-3.3.8]# arm-linux-gcc -I /root/sqlite-3.3.8/ -L /root/sqlite-3.3.8 -o test test.c -lsqlite3
上述编译命令中：
l -I /root/sqlite-3.3.8指明了头文件sqlite3.h所在的目录；
l -L /root/sqlite3.3.8 指定了库函数文件libsqlite3.a所在的目录；
l -o test指定编译生成的文件名为test，test.c是源程序文件；
l -lsqlite3指明要链接静态库文件libsqlite3.a。
编译完成后，可以通过NFS或者tftp将test下载到UB4020EVB开发板上，通过ls命令可以看到test的大小只有300K左右：
[root@Sitsang2 root]$ll -h test
-rwxr-xr-x 1 root root 323.5k Jan1 00:07 test
接下来就可以测试test程序了。test程序接受两个参数：第一个参数为数据库文件名，第二个参数为要执行的SQL语句。程序中与SQLite3的API相关的地方主要有四个：第27行的sqlite3_open()，第33行的sqlite3_exec()，第30行和第38行的sqlite3_close()，第36行的sqlite3_free()。关于SQLite3的API接口请参阅文献[1]。
2、将可执行文件test拷贝到根文件系统nfs下
[root@localhost sqlite-3.3.8]#cp test /nfs
3、开发板上电开启，进入文件系统。
下面是测试test程序的完整过程，（注意的是如果由于命令较长，每一个命令都可分成了多行输入，这样看起来要清楚一些）。
4、建立名为wenruyou.db的数据库文件和tb10数据表，表中包含两个字段，字段name是一个变长字符串，字段number的类型为smallint，如下：
/ #./test wenruyou.db "create table tbl0(name varchar(10), number smallint);"
向数据库的tbl0表中插入了两条记录(‘cyc’,1)和(‘dzy’,2)；
/ #./test wenruyou.db "insert into tbl0 values('cyc', 1);"
/ #./test wenruyou.db "insert into tbl0 values('dzy', 2);"
查询表tbl0中的所有内容，与预期的一样，这条命令打印除了数据库中的两条刚插入的记录：
/ #./test wenruyou.db "select * from tbl0;"
name = cyc
number = 1
name = dzy
number = 2
由此可以得出结论，这几条命令确实都已经按照预期的目标工作了。
同时，在向数据库中插入上面所示的数据之后，可以看到数据库文件wenruyou.db大小已经发生了变化：
[root@Sitsang2 root]$ll -h wenruyou.db
-rw-r--r-- 1 root root 2.0k Jan1 00:18 wenruyou.db
<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /><?xml:namespace prefix = w ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:word" />
此时数据库文件wenruyou.db的大小为2K。自此，SQLite3数据库在UB4020EVB开发板上移植完成。测试结果表明数据库能够正常工作。以上步骤过程如下图1示：
图1 测试一过程
测试二：自动生成的sqlite3
1、将sqlite3拷贝到根文件系统nfs的bin下：
[root@localhost sqlite-3.3.8]# cp sqlite3 /nfs/bin
2、加电并启动开发板，文件系统启动后，进入bin：
/ # cd bin/
3、执行“sqlite3 wry.db”，结果(如图2)所示。
/ tmp # sqlite3 wry.db
如图2
4、此时，执行“.tables”，没有输出，因为现在还没有建表。
/tmp #.tables
5、下面演示下用SQL语句建立一张表。输入“create table yihan(name varchar(10),age smallint);”(如图3)。
图3
6、现在可以执行“.tables”，就会看到刚才创建的表了(如图4)。
图4
7、我们向刚创建的yihan表中添加数据，使用命令“insert into yihan values("wenruyou",25);”(如图5)。
sqlite> insert into yihan values("wenruyou",25);
图5
8、可以使用命令“select * from yihan;”，来查看表中的数据(如图6)。我们会发现刚才插入的数据显示出来了。
sqlite> select * from yihan;
图6
9、执行“.quit”，退出SQLite(图7)。
sqlite> .quit
图7
10、至此，两种SQLite程序测试完毕。
5、结论
SQLite是一个优秀的嵌入式数据库。本文详细描述了如何将SQLite3移植到ARM-Linux平台上，并对移植后的SQLite3进行了简单的测试。SQLite功能强大、效率高、零配置、体积小等诸多优点使得它很适用于嵌入式移动设备环境中。因此本文给出的移植SQLite3的细节具有积极意义。由于SQLite3采用C语言开发，因此可移植性非常好。本文所讨论的方法稍加修改也可适用于其它操作系统平台。
参考文献
[1] The Definitive Guide to SQLite。[美]Michael Owens著。Apress，2006年
[2] http://sqlite.org
[3] SQLite移植手记。Hily Jiang。www.sqlite.com.cn，2006年11月
[4] SEP4020 Linux2.6.16 SDK Develop Manual（Version 3.0 Beta1），南京博芯电子技术有限公司，2009年4月
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