超算中心环境监测系统的设计和实现

1.3 SQLite数据库

SQLite是一款开源的、嵌入式关系型数据库，它主要应用在嵌入式设备上，在很多Android和IOS设备上都可以看到它的身影。与其他大型数据库不同，SQLite数据库和基于这个数据库的应用程序共同运行于同一个系统中，应用程序产生的数据可以直接存入数据库中而不需要通过网络传输[6-7]。本系统中通过源码方式安装SQLite数据库，需要注意的是在安装过程中会生成一些文件，需要将其中的动态链接库文件复制到嵌入式Linux的/usr/lib目录下，除此之外还有一个头文件sqlite3.h和一个库文件libsqlite3.a，在编写基于数据库的应用程序时需要使用这两个文件。在本系统中数据库用于存储温度传感器采集的温度值，每个传感器都对应数据库中的一个表，该表用于存储传感器采集的数据。机房管理人员通过分析大量的历史数据，可以判断机房内的制冷设备能够满足制冷需求，还能够根据历史数据制定合理的温度控制策略，使天河2号计算机系统持续稳定地运行。

2 温度监测系统的实现

2.1 系统硬件实现

图2为温度采集系统中单个节点的硬件连接图，每个节点由一个S3C2440嵌入式控制平台和8个温度传感器组成。图中的8个圆圈是DS18B20温度传感器，该传感器是一种高精度的单线式传感器，通过一条数据线与处理器互连；图中的4条数据线长度为4 m，其余4条数据线的长度为2 m，这种拓扑结构可以保证该节点能够均匀地采集到其覆盖范围内的温度信息。另外为保障系统的稳定性，传感器的VCC和GND引脚没有与处理器相连，而是使用独立的5 V电源为传感器供电[8]。经实地测试，10个图2所示的温度采集节点基本可以将天河2号机房完整地覆盖，这些节点接入同一个路由器并与一台PC互联，而系统维护人员则能够通过这台PC获取机房内各处的温度信息。

2.2 温度信息的采集

处理器通过单总线发送指令控制传感器，对该传感器进行操作的指令可以分为3类：1条复位指令、5条ROM指令、6条RAM指令，每进行一次操作都需要至少3条组合指令，即1条复位指令、1条ROM指令和1条RAM指令，在某些情况下并不需要执行ROM指令，这时可以使用“跳过ROM”指令来代替ROM指令[8-9]。传感器驱动程序作为Linux系统的内核加载模块[10]，每隔 5 min依次读取所有传感器的数据，驱动程序的核心函数是Write_byte和Read_byte，两个函数分别用于向传感器写1 B数据和从传感器读1 B数据，需要根据传感器的时序图实现这两个函数。向传感器发送ROM或RAM指令是通过函数Write_byte实现的，从传感器读取温度值是通过函数Read_byte实现的，图3为温度传感器驱动程序的流程图。

2.3 温度信息存入数据库

传感器的驱动程序读取温度值后会调用copy_to_user将温度数据传输到用户态进程[11]，用户态进程则会将数据存入数据库。为了存储温度数据，每个温度采集节点需要创建一个本地的数据库，该数据库存放在嵌入式开发平台的板载Flash芯片上，每个数据库中需要创建8个表，用于存储该节点下每个传感器采集的数据。以0号传感器为例，该传感器采集的数据存储在表ds18b20_0中，表中有3列数据，分别为行编号、温度值、采集数据的时刻。由于需要循环将温度信息存入数据库，SQLite提供的参数化语句功能可以很好地满足这种应用[12]，具体过程如下（下面函数省略了全部或部分参数）：

char*sql="insert into ds18b20_0 values（?，?，?）"

//定义一条参数化的SQL语句

sqlite3_prepare//将上述语句编译成数据库引擎字节码

sqlite3_bind_int（1，id）//将id和第一个“？”绑定

sqlite3_bind_int（2，temperature）

//将温度值temperature和第二个“？”绑定

sqlite3_bind_text（3，time）

//将时间字符串time和第三个“？”绑定

sqlite3_step//执行绑定了参数的SQL语句

2.4 查询温度信息

系统维护人员可以通过PC上的浏览器访问任意一个节点数据库中的温度信息，实现该功能需要节点中Boa服务器的后台CGI程序支持。由于SQLite是一种嵌入式数据库，它对网络应用的支持不全面，因此如果需要通过网络访问数据库中的信息，可以先将数据库中的信息导出到本地文件中，再通过网络访问这个本地文件。每个监测节点中都有一个CGI程序负责将数据库中的信息导出到本地的文本文件中，以导出表ds18b20_0中的数据为例，过程如下：

char*sql="select*from ds18b20_0；"

//定义一条SQL语句，查询整个表ds18b20_0

sqlite3_get_table（db，sql，&result，&row，&colum，&zErr）

//执行上述SQL语句，将查询结果保存在result中，

并返回查询结果中的行数和列数

最后这个CGI程序还要将保存在result中的临时结果输出到文本文件中，因此当网页中一个超链接指向这个文本文件时，用户在浏览器中点击这个超链接就可以查看温度信息。

3 测试结果

在系统构建完成之后将其部署在机房中并对其稳定性和可靠性进行测试，启动系统并使其运行一段时间，以保证能够采集到足够量的数据。在浏览器地址栏输入其中一个温度监控节点的IP地址，例如192.168.1.112，并选择查看该节点下的任意一个传感器采集的数据，浏览器就能显示图4所示的该传感器采集的温度信息。由图4可知，这段时间内该传感器附近的温度维持在23℃，将多个传感器采集的数据与机房内的温度计对比可知，通过该系统采集到的数据可靠，同时也可以说明机房内各处的温度保持在一个稳定的状态。

4 结论

Web服务器提供了一种通过局域网或广域网访问和控制嵌入式设备的方式，这种方式基于成熟的网络通信技术，使用这种方式能够将嵌入式设备部署到任何地方而无需过多额外成本，而嵌入式数据库则为数据的存储和访问带来了极大的便利。本文首先分析了天河2号机房温度采集的需求，针对这种需求提出了构建分布式温度采集系统的思想，该系统通过分布在机房各处的传感器实现温度信息的采集，并将采集到的数据存储到数据库中。由于传感器分布在机房的多个位置，因此采集到的数据能更好地反映机房内的温度信息。相比传统方式，这种分布式温度采集系统采集到的数据更为可靠，能够更准确反映机房的温度信息。而机房维护员则可以通过网络查看这些数据，并以这些数据为依据调整水冷和风冷设备的工作状态，使机房环境保持在最佳状态以保证天河2号超级计算机的可靠稳定运行。

参考文献

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[3] 王军飞.基于ARM和Linux的嵌入式Web服务器的研究与实现[D].太原：太原理工大学，2009.

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[12] BI C Y. Research and application of sqlite embedded database technology[J]. Wseas Transactions on Computer，2009，8（1）：83-92.