在ARM-Linux平台上移植SQLite

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 ARM-Linux Platform
（Yun Chuan Chen, 200620603001, , Chengdu Sichuan）
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]：支持ACID事务（ACID是Atomic、Consistent、Isolated、Durable的缩写）；零配置，不需要任何管理性的配置过程；实现了大部分SQL92标准；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；数据库可以在不同字节序的机器之间共享；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；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；可以和Tcl、Python、C/C++、Java、Ruby、Lua、Perl、PHP等多种语言绑定；自包含，不依赖于外部支持；良好注释的代码；代码测试覆盖率达95%以上；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Sitsang嵌入式评估板。Sitsang评估板的核心是PXA255嵌入式处理器，PXA255是一款基于Intel XScale微架构的高性能、低功耗嵌入式处理器。Sitsang评估板上配备了Flash存储器、LCD、触摸屏、USB接口、以太网接口、全功能串口（FFUART）、蓝牙串口（BTUART）、音频接口等诸多硬件资源。
底层软件系统是以ARM-Linux内核为基础的。Sitsang评估板使用的ARM-Linux是在linux-2.4.19内核上打了patch-2.4.19-sitsang2补丁后编译而成。
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Sitsang评估板采用的是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抽取出来：
# 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。
和在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。取而代之的是必须手动修改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：
# cp Makefile.linux-gcc Makefile
接下来，用vim打开Makefile文件并手动修改Makefile文件的内容。首先找到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的修改总结如表1所示。
表1 Makefile修改情况
位置 原值 修改为
17行 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 tokenize.o trigger.o \
把它替换成：
select.o table.o tclsqlite.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：
# 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，这就是所需要的两个文件了。
4、测试
这里以SQLite官方站点的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。该程序清单如下：
1 #include
 2 #include
 3
 4 static int
 5 callback(void *NotUsed, int argc, char **argv, char **azColName)
 6 {
 7  int             i;
 8
 9  for (i = 0; i < argc; i++) {
10          printf("%s = %s\n", azColName[i], argv[i] ? argv[i] : "NULL");
11  }
12  printf("\n");
13  return 0;
14 }
15
16 int
17 main(int argc, char **argv)
18 {
19  sqlite3        *db;
20  char           *zErrMsg = 0;
21  int             rc;
22
23  if (argc != 3) {
24          fprintf(stderr, "Usage: %s DATABASE SQL-STATEMENT\n", argv[0]);
25          exit(1);
26  }
27  rc = sqlite3_open(argv[1], &db);
28  if (rc) {
29          fprintf(stderr, "Can't open database: %s\n", sqlite3_errmsg(db));
30          sqlite3_close(db);
31          exit(1);
32  }
33  rc = sqlite3_exec(db, argv[2], callback, 0, &zErrMsg);
34  if (rc != SQLITE_OK) {
35          fprintf(stderr, "SQL error: %s\n", zErrMsg);
36          sqlite3_free(zErrMsg);
37  }
38  sqlite3_close(db);
39  return 0;
40 }
将此源程序保存为test.c，然后，通过如下命令编译该程序：
# 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，-I /root/sqlite-3.3.8指明了头文件sqlite3.h所在的目录，-L /root/sqlite3.3.8指定了库函数文件libsqlite3.a所在的目录，-o test指定编译生成的文件名为test，test.c是源程序文件，-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FTP将test下载到Sitsang评估板上，通过ls命令可以看到test的大小只有300K左右：
[root@Sitsang2 root]$ll -h test
-rwxr-xr-x    1 root     root      323.5k Jan 1 00:07 test
接下来就可以测试test程序了。test程序接受两个参数：第一个参数为数据库文件名，第二个参数为要执行的SQL语句。程序中与SQLite3的API相关的地方主要有四个：第27行的sqlite3_open()，第33行的sqlite3_exec()，第30行和第38行的sqlite3_close()，第36行的sqlite3_free()。关于SQLite3的API接口请参阅文献[1]。
下面是测试test程序的完整过程，需要注意的是由于命令较长，因此每一个命令都分成了多行输入，这样看起来要清楚一些：
[root@Sitsang2 root]$./test xyz.db "create table
> tbl0(name varchar(10), number smallint);"
[root@Sitsang2 root]$./test xyz.db "insert into
> tbl0 values('cyc', 1);"
[root@Sitsang2 root]$./test xyz.db "insert into
> tbl0 values('dzy', 2);"
[root@Sitsang2 root]$./test xyz.db "select *
> from tbl0;"
name = cyc
number = 1
 
name = dzy
number = 2
解释一下上面所用的测试命令：第一条命令在xyz.db这个数据库文件中创建了一个tbl0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；第二条命令向数据库的tbl0表中插入了一条记录(‘cyc’,1)；第三条命令向数据库的tbl0表中插入了一条记录(‘dzy’,2)；第四条命令则是查询表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。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xyz.db大小已经发生了变化：
[root@Sitsang2 root]$ll -h xyz.db
-rw-r--r--    1 root     root        2.0k Jan 1 00:18 xyz.db
此时数据库文件xyz.db的大小为2K。自此，SQLite3数据库在Sitsang评估板上移植完成。测试结果表明数据库能够正常工作。
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
[2]
[3] SQLite移植手记。Hily Jiang。，2006年11月
[4] Sitsang/PXA255 Evaluation Platform Linux User’s Guide。Intel Ltd，Sep. 2003

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