摘? 要: 簡要介紹了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)" title="現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)">現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成以及組態(tài)軟件" title="組態(tài)軟件">組態(tài)軟件的功能,重點講述了COM組件技術(shù)在組態(tài)軟件中的應用及VxD驅(qū)動程序的開發(fā)。
關(guān)鍵詞: 現(xiàn)場總線? 組態(tài)軟件? COM? VxD
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COM(Component Object Model]組件技術(shù)是構(gòu)造二進制兼容軟件的規(guī)范,通過它可以建立能夠相互傳輸數(shù)據(jù)的組件,其服務器-客戶機結(jié)構(gòu)非常適合工控軟件應用程序的開發(fā)。由于工控軟件不僅包括PC機上的HMI(人-機界面)程序,還包括與各種基于ISA或PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)交換的程序,這部分程序?qū)﹂_發(fā)人員的硬件水平要求較高,而且開發(fā)難度較大,與HMI程序是相互獨立的,所以可以把工控軟件分成兩部分,即把HMI程序作為客戶機端程序,把與硬件進行數(shù)據(jù)交換的程序作為服務器端程序。基于這種思想,本文將服務器-客戶機結(jié)構(gòu)應用到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件中,著重介紹客戶機和服務器的功能及實現(xiàn)。首先介紹現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成。
1 系統(tǒng)組成
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要由PC機、ISA或PCI總線智能適配器、智能測控模塊" title="測控模塊">測控模塊、組態(tài)軟件、HMI軟件、COM服務器、用戶軟件等構(gòu)成。
現(xiàn)場總線系統(tǒng)中所有信息的傳遞都是雙向的,COM服務器介于智能適配器和上位機" title="上位機">上位機軟件之間,負責完成數(shù)據(jù)的傳輸。上位機軟件相當于客戶機端應用軟件,它使用COM服務器提供的接口來操作適配器,對適配器進行初始化及向特定單元寫入和讀出數(shù)據(jù)。
由于在Windows保護模式下不能直接訪問存儲器,所以需要編寫VxD驅(qū)動程序,將物理地址轉(zhuǎn)換成線性地址,然后COM就可以象使用DLL一樣調(diào)用VxD的函數(shù),完成對ISA或PCI總線智能適配器的操作。
從測控模塊到上位機軟件自下而上的數(shù)據(jù)傳輸完成了用戶對測控模塊的監(jiān)測;而上層軟件通過COM將數(shù)據(jù)送往適配器,再由適配器送往測控模塊,實現(xiàn)了用戶對測控模塊工作參數(shù)的設(shè)置及工作狀態(tài)的管理。圖1給出了系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖。
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2 組態(tài)軟件的功能
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組態(tài)軟件是一套基于Windows 98和Windows 2000平臺[或更高版本]、用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件,它提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、遠程控制、報警處理、報表輸出等實際工程問題的完整解決方案。它使用COM服務器提供的接口與適配器進行數(shù)據(jù)交換,是COM客戶機端的程序。
3 COM組件技術(shù)
組件是完成一定功能的軟件塊,可以被其它程序使用,而且容易替換。為了使每個人編寫的組件具有可移植性,必須建立一個標準,保證其兼容性和可互換性。COM正是這樣一種標準,遵循COM規(guī)則就可以建立能夠相互交換數(shù)據(jù)的組件。
在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中,COM組件服務器負責組態(tài)軟件等上位機軟件與智能適配器之間的數(shù)據(jù)傳輸,因為適配器通過CAN現(xiàn)場總線與測控模塊連接,所以對適配器的操作就是對模塊的監(jiān)測與控制。
COM服務器提供的接口中有適配器初始化、模塊檢查、向模塊發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取模塊數(shù)據(jù)等函數(shù)。下面著重介紹數(shù)據(jù)發(fā)送接收格式及如何編寫這4個有代表性的函數(shù)。
3.1 適配器初始化函數(shù)
只有適配器初始化成功后,才能進行其它操作。由于在Windows保護模式下不能直接訪問適配器,COM程序需要調(diào)用VxD程序?qū)⒋鎯ζ鲗奈锢淼刂忿D(zhuǎn)換成線性地址指針lpBaseAddress,這樣對適配器的操作就轉(zhuǎn)換成對以該指針為首地址的數(shù)組的操作。向這個數(shù)組的0x3F0、0x3F1和0x3F8單元分別寫入上位機節(jié)點號以及適配器與模塊間的通信波特率和適配器程序規(guī)定的命令字0xC6(表示適配器初始化),等待幾十ms后,如果適配器接收到上面的數(shù)據(jù)并做出適當?shù)姆磻?它會將0x3F8單元清零,這就表示初始化適配器成功;如果該單元不為零,則初始化失敗。
3.2 數(shù)據(jù)傳輸格式
適配器初始化成功后,就可以同它交換數(shù)據(jù)了。下面簡單說明一下發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的格式。
適配器初始化得到的線性地址指針lpBaseAddress的1～5單元分別存放上位機節(jié)點號、模塊節(jié)點號、保留字、發(fā)送或接收字節(jié)長度及模塊操作的命令字。lpBaseAddress[6]～lpBaseAddress[256]存放所要發(fā)送的數(shù)據(jù);從lpBaseAddress[0x106]單元開始存放接收到的數(shù)據(jù)。lpBaseAddress[0x3F8]存放操作適配器的命令字,適配器根據(jù)這個單元內(nèi)容進行處理,如果是0xC6,則初始化適配器和模塊上的CAN控制器;如果是0xC7,則將數(shù)組里的數(shù)送給模塊上的E2PROM,模塊收到數(shù)據(jù)后根據(jù)lpBaseAddress[5]的命令字進行相應處理:如果是0xB0,則按照接收到的數(shù)據(jù)配置模塊工作狀態(tài);如果是0xA5,則將此時的測量值送到適配器上,由COM程序讀出。
3.3 模塊檢查函數(shù)
適配器初始化成功后,還要檢查適配器與下面的測控模塊是否連接好,或者是否存在組態(tài)軟件要組態(tài)的模塊,也就是要進行模塊檢查操作。模塊檢查的命令字是0xAD,向數(shù)組的1～5單元分別寫入上位機節(jié)點號、模塊節(jié)點號、保留字、發(fā)送數(shù)據(jù)長度和模塊檢查命令字0xAD,向0x3F8單元寫入0xC7(表示向適配器寫入數(shù)據(jù)),等待幾十ms后,如果0x3F8單元清零而且0x100單元被置為0xAA,表示該模塊存在而且可以通信:否則,表明該模塊不存在或者硬件上有問題。
3.4 寫適配器數(shù)據(jù)函數(shù)
在確定了網(wǎng)絡中存在哪些可通信的模塊之后,就可以向它們發(fā)送數(shù)據(jù)并進行配置。為了實現(xiàn)向適配器發(fā)送數(shù)據(jù),總共編寫了4個函數(shù)、SendData([in]BYTE SendBuf[256])、SendFinish([in]BOOL bFinish)、FinishQuery([out]BOOL*bFinish)和ReceiveResult([out]BOOL *bSendFinish)。SendData負責把一個模塊所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)以數(shù)組的形式放到服務器的一個二維數(shù)組(Room[64][256])里,每個模塊的數(shù)據(jù)作為一行。由于向適配器發(fā)送數(shù)據(jù)后,要等待一段時間判斷模塊是否接收成功,所以在SendFinish中開啟輔助線程來發(fā)送數(shù)據(jù)并等待結(jié)果,這樣可不占用COM主程序的時間,使客戶調(diào)用接口函數(shù)后能立即返回,執(zhí)行其它操作。FinishQuery查詢數(shù)據(jù)發(fā)送是否結(jié)束。ReceiveResult彈出一個非模式對話框,顯示哪些模塊接收到數(shù)據(jù),哪些沒有。
3.5 讀適配器數(shù)據(jù)函數(shù)
除了向適配器發(fā)送數(shù)據(jù),還可以從適配器上讀取模塊傳上來的數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)的命令字是0xA5。實現(xiàn)該任務的函數(shù)是GetPV([in]BYTE bDesNode,[out]float value[8]),第一個參數(shù)是模塊節(jié)點號,第二個參數(shù)是返回的測量值數(shù)組。
這里,COM是用ATL編寫的本地服務器,COM對象的線程是套間線程。接口定義了6個函數(shù),COM程序流程圖如圖2所示。
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COM對象接口的函數(shù)聲明以及適配器初始化的程序如下:
COM接口定義:
interface INCardWork : IDispatch
?????? {???????????
????????????? [id[1],helpstring(“適配器初始化函數(shù),返回值為是
????????????? 否成功”])
????? HRESULT NCardInit([in]BYTE bSrcNode,[in]BYTE
????????????? bIntrAdd,[in]BYTE bRate,[in]long bSegmentAdd,[out]
????????????? BOOL *flag):
????????????? [id[2],helpstring(“將客戶端" title="客戶端">客戶端傳送的數(shù)組賦值給Room
????????????? [][]”])
????????????? HRESULT SendData[[in]BYTE SendBuf[256]]:
????????????? [id[3],helpstring[“啟動多線程”])????????????????????????
????????????? HRESULT SendFinish([in]BOOL bFinish):
????????????? [id[4],helpstring(“此函數(shù)返回值表示數(shù)據(jù)是否已
????????????? 向下位機發(fā)送完畢,同時可顯示哪些模塊未被配
????????????? 置,通常在此函數(shù)前先用FinishQuery([out]BOOL*
????????????? bFinish)查詢發(fā)送是否完畢”])
????????????? HRESULT ReceiveResult([out]BOOL *bSendFinish):
????????????? [id[5],helpstring(“此函數(shù)返回值表示數(shù)據(jù)是否已
????????????? 向下位機發(fā)送完畢,“真”表示發(fā)送完畢”])
????????????? HRESULT FinishQuery([out]BOOL *bFinish):
????????????? [id[6],helpstring(“網(wǎng)絡檢查,用來在發(fā)送數(shù)據(jù)前檢
????????????? 測是否有該節(jié)點存在”])
????????????? HRESULT NetCheck([in]BYTE sour,[in]BYTE des,
????????????? [in]BYTE type,[out]BOOL *flag):
????????????? [id[7],helpstring(“讀取模塊的測量值”)] ??????
????????????? HRESULT GetPV([in]BYTE bDesNode,[out]float val-
????????????? ue[256]):
?????? }
?????? 適配器初始化函數(shù):
?????? #include
?????? #include ″winioctl.h″
//包含其它頭文件
.........???????????????????????????????????????????????????????????????????
STDMETHODIMP CNCardWork::NCardInit[BYTE bSrcNode,
?????? BYTE bIntrAdd,BYTE bRate,long bSegmentAdd,BOOL
?????? *flag]
{
NCardCtrl cardctrl: //NcardCtrl類的函數(shù)調(diào)用VxD函數(shù)?
?exbSrcNode=bSrcNode: //給上位機節(jié)點賦值
???? exbRate=bRate: ??? //下位機與適配器間的通信波特率
???? BOOL transfersign: //初始化是否成功標志
???? DWORD dwSegmentaddress=bSegmentAdd:
?????????????????????????????????? //適配器段地址
???? HANDLE hDevice=NULL:???? //指向線性指針對句柄
???? lpBaseAddress=[PBYTE]cardctrl.MapLinearAddress[dwSeg-
???? mentaddress,0x400,hDevice]:
???? //調(diào)用VxD函數(shù),獲得指向ISA總線物理地址的線性
???? 地址指針
???? cardctrl.UnMapLinearAddress[lpBaseAddress,hDevice]: ???
??????????????????????????????????????????????????????? //關(guān)閉VxD調(diào)用適配器初始化函數(shù)
???? _outp[0x310,0x01]:??????????????????????????? //打開郵箱鎖
???? lpBaseAddress[0x3F0]=bSrcNodeNumber: //上位機節(jié)點號
???? lpBaseAddress[0x3F1]=bRate:????? //波特率
???? lpBaseAddress[0x3F8]=0xC6:????????????? //適配器初始化命令字
???? DrvDelay[20,false]:??????????????????????????? //延時20ms
????? ............???????????????????????????????????? //初始化后其它操作
???? _outp[0x310,00]:???????????????????????? //關(guān)閉郵箱鎖
???? return S_OK:?
}
4 虛擬設(shè)備驅(qū)動程序
VxD是虛擬設(shè)備驅(qū)動程序(Virtual Device Driver)的縮寫,中間的x表示某一設(shè)備。它能夠無限制地訪問所有硬件設(shè)備、自由地檢測操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如描述符和頁表)以及訪問任何內(nèi)存位置。
本文中,VxD將ISA總線對應的物理地址轉(zhuǎn)換成一段線性地址,供應用程序使用。VxD的開發(fā)工具是VtoolsD,轉(zhuǎn)換時用的函數(shù)為MapPhysToLinear。以下是部分程序代碼:
//定義結(jié)構(gòu)體
typedef struct _MapDevRequest
{
? PVOID mdr_PhysicalAddress: DWORD mdr_SizeInBytes:
? PVOID mdr_LinearAddress: WORD mdr_Status:
}MAPDEVREQUEST,*PMAPDEVREQUEST:
#include
//包含其它頭文件
......................
DWORD LadrvDevice::OnW32DeviceIoControl(PIOCTL-
?????? ? PARAMS pDIOCParams)
{
?????? PMAPDEVREQUEST pRea:? //自己定義的結(jié)構(gòu)體
???? ?? switch(pDIOCParams->dioc_IOCtlCode)
{
???? ?? case DIOC_OPEN:
?????? case DIOC_CLOSEHANDLE: break:
?????? case MDR_SERVICE_MAP:
???? ????????? pReq=*(PMAPDEVREQUEST*)pDIOCParams->
???????? ??????????????????? dioc_InBuf:
?????????? ??? pReq->mdr_LinearAddress=MapPhysToLinear
?????????????? ????????????? (pReq->mdr_PhysicalAddress,pReq->
??????????????????????????? mdr_SizeInBytes,0):
? ??? ????????? ?? if[pReq->mdr_LinearAddress==NULL)
????????????? ?? pReq->mdr_Status=MDR_STATUS_ERROR:
??????????????? else
????????? ? ????pReq->mdr_Status=MDR_STATUS_SUCCESS:
??????????? ??? break:
?????? case MDR_SERVICE_UNMAP:???? break:
?????? default:?
?????? return ERROR_INVALID_FUNCTION:
}
return DEVIOCTL_NOERROR:
}
在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中使用COM組件技術(shù),不僅可以使數(shù)據(jù)傳輸部分的功能獨立于客戶端程序,減小開發(fā)難度,而且使其可以被任何支持二進制代碼的程序如Excel電子表格等直接調(diào)用。當系統(tǒng)中采用服務器和客戶端方式時,代碼更加易于維護。即使要升級服務器端程序,只要接口不變,其客戶端程序也完全不需修改,大量后續(xù)工作被減輕。象服務器端一樣,客戶端也只需關(guān)心服務器的接口,而不必考慮其如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。也就是說,COM服務器或客戶機中的一端功能發(fā)生改變,只要其接口保持不變,另一端不需修改就可以工作。本文所介紹的技術(shù)已在勝利油田某注水站等實際工程項目中得到成功的應用。
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參考文獻
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