[實用新型]基于FPGA的嵌入式數據庫系統

無效

• 申請號: 200820154235.6
• 申請日: 2008-10-21
• 公開（公告）號: CN201289643Y
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 王真星
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本實用新型涉及基于FPGA的嵌入式數據庫系統。

背景技術

隨著無線通信和個人移動終端的普及，以互聯網為中心的移動計算技術得到了廣泛應用和發展。人們對獲取信息和使用信息的場合、時間、方式及方法提出了越來越多的需求，導致嵌入式應用軟件對數據實時處理和管理要求不斷提高。

嵌入式數據庫和一般的數據庫有很大的不同。嵌入式數據庫受限于設備的內存空間，主流的嵌入式終端采用ARM(Advanced?RISC?Machine，先進的RISC機器，RISC，ReducedInstruction?Set?Computer，精簡指令集計算機)來實現，一般其內存空間從16k到64M范圍，要考慮壓縮性，內存的使用，讀寫規則，存取規則，基本操作系統和硬件的支持和穩定性等因素。在電子銀行，移動網上貿易以及基于位置的周邊信息查詢等應用中需要處理的數據量很大，對移動數據的管理要求也越來越高，開始涉及復雜的查詢如連接和聚集操作，并且為了保證數據的一致性，提出了原子性和持久性的要求。同時對設備上的數據安全也提出了新的要求，如視圖和聚集函數等復雜訪問權限的管理。這些復雜的操作必將降低系統的響應時間，而移動終端的用戶是沒有耐心等待漫長的數據查詢的。為保證響應性能，現有的在單個CPU上運行的嵌入式數據庫都是功能比較簡單的。

嵌入式系統資源有限，查詢響應時間是首要考慮的問題。很多場合嵌入式程序是用底層代碼編寫的，查詢優化器應該和其相適應。目前，國內外的嵌入式數據庫管理系統(EDBMS)的都是針對單個CPU的，沒有發現專用的數據庫芯片研究和產品。

實用新型內容

針對常規嵌入式數據庫無法提供強大的數據庫管理能力，本實用新型提出一種FPGA加CPU架構的方案，用戶的應用程序在CPU上運行，而數據庫管理系統則在FPGA上運行。開發了可以單獨在FPGA上運行的高性能嵌入式數據庫管理系統(EDBMS)，目的是使EDBMS作為數據庫服務器運行，提高數據庫的響應速度，并為復雜的應用程序提供支持。EDBMS和CPU之間采用數據總線直接連接，提供快速訪問，應用程序可以通過ODBC(開放數據庫互連)/JDBC(JAVA數據庫互聯)接口和EDBMS交互。

本實用新型采用如下技術方案：

一種基于FPGA的嵌入式數據庫系統，包括通訊連接的CPU、FPGA、閃存(FLASH)、SDRAM和RAM。

其中，所述CPU為ARM處理器。所述FPGA作為嵌入式數據庫服務器，EDBMS的代碼和應用程序代碼放在所述閃存內，所述FPGA和CPU共用SDRAM。

其中，所述CPU與FPGA之間通過數據總線連接。

本實用新型的有益效果是，將EDBMS放在一個專門的芯片上，以專用硬件來完成嵌入式數據庫管理系統，由于通過專用器件來運行，數據庫不會降低原系統的性能。EDBMS將作為數據庫服務器運行在專門的芯片，其架構和目前的嵌入式數據庫架構有很大不同。應用程序可以通過ODBC/JDBC接口和數據庫交互，這對提高應用程序的開發時間，系統性能和代碼維護都是非常重要的。通過這種方式，可以開發出非常復雜的面向以數據處理為中心的嵌入式應用程序。

附圖說明

圖1為嵌入式數據庫的硬件結構，圖2為EDBMS的軟件結構

具體實施方式

如圖1所示，一種基于FPGA的嵌入式數據庫系統，包括通訊連接的CPU、FPGA、閃存(FLASH)、SDRAM和RAM。

其中，所述CPU為ARM處理器。

其中，所述CPU與FPGA之間通過數據總線連接。

其中，所述FPGA作為嵌入式數據庫服務器，EDBMS的代碼放在所述閃存內，應用程序代碼也放在該閃存中。所述FPGA和ARM共用SDRAM，但互不干涉。系統上電以后，EDBMS的固件(firmware)下載到FPGA中并運行，而數據庫存放在所述閃存中，數據庫運行時所需的內存采用所述SDRAM的一部分。ARM開始運行操作系統與應用程序，應用程序通過ODBC/JDBC接口和FPGA上的數據庫管理系統交互。由于所述閃存不允許頻繁寫操作，否則壽命很短，因此采用具有后備電池的RAM保存更新的數據，利用算法，把最終的更新數據統一寫到閃存中。

在以上硬件架構基礎上，設計的EDBMS需要考慮如何高效地利用有限資源、提高數據的存取速度、進行數據保護、數據交換、查詢/事務處理算法的優化、事務的優先級分派、事務調度和并發控制。針對數據庫的性能，具體可參考如下方法解決嵌入式環境下的多個具體問題：