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COM組件技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)組態(tài)軟件中的應(yīng)用
摘要：簡(jiǎn)要介紹現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成以及組成軟件的功能，重點(diǎn)講述了COM組件技術(shù)在組態(tài)軟件中的應(yīng)用及VxD驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線組態(tài)軟件COMVxD
COM（ComponentObjectModel）組件技術(shù)是構(gòu)造二進(jìn)制兼容軟件的規(guī)范，通過(guò)它可以建立能夠相互傳輸數(shù)據(jù)的組件，其服務(wù)器-客戶機(jī)結(jié)構(gòu)非常適合工控軟件應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。由于工控軟件不僅包括PC機(jī)上的HMI（人-機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換的程序，這部分程序?qū)﹂_(kāi)人員的硬件水平要求較高，而且開(kāi)發(fā)難度較大，與HMI程序是相互獨(dú)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(jī)端程序，把與硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的程序作為服務(wù)器端程序�；谶@種思想，本文將服務(wù)器-客戶機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件中，著重介紹客戶機(jī)和服務(wù)器的功能及實(shí)現(xiàn)。首先介紹現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成。
1系統(tǒng)組成
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)主要由PC機(jī)、ISA或PCI總線智能適配器、智能測(cè)控模塊、組態(tài)軟件、HMI軟件、COM服務(wù)器、用戶軟件等構(gòu)成。
現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中所有信息的傳遞都是雙向的，COM服務(wù)器介于智能適配器和上位機(jī)軟件之間，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的傳輸。上位機(jī)軟件相當(dāng)于客戶機(jī)端應(yīng)用軟件，它使用COM服務(wù)器提供的接口來(lái)操作適配器，對(duì)適配器進(jìn)行初始化及向特定單元寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)。
由于在Windows保護(hù)模式下不能直接訪問(wèn)存儲(chǔ)器，所以需要編寫(xiě)VxD驅(qū)動(dòng)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(duì)ISA或PCI總線智能適配器的操作。
從測(cè)控模塊到上位機(jī)軟件自下而下的數(shù)據(jù)傳輸完成了用戶對(duì)測(cè)控模塊的監(jiān)測(cè)；而上層軟件通過(guò)COM將數(shù)據(jù)送往適配器，再由適配器送往測(cè)控模塊，實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)測(cè)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。
2組態(tài)軟件的功能
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)組態(tài)軟件是一套基于Windows98和Windows2000平臺(tái)（或更高版本）、用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成軟件，它提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程控制、報(bào)警處理、報(bào)表輸出等實(shí)際工程問(wèn)題的完整解決方案。它使用COM服務(wù)器提供的接口與適配器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，是COM客戶機(jī)端的程序。
3COM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(gè)人編寫(xiě)的組件具有可移植性，必須建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，保證其兼容性和可互換性。COM正是這樣一種標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，COM組件服務(wù)器負(fù)責(zé)組態(tài)軟件等上位機(jī)軟件與智能適配器之間的數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)檫m配器通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線與測(cè)控模塊連接，所以對(duì)適配器的操作就是對(duì)模塊的監(jiān)測(cè)與控制。
COM服務(wù)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)送接收模式及如何編寫(xiě)這4個(gè)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(jìn)行其它操作。由于在Windows保護(hù)模式下不能直接訪問(wèn)適配器，COM程序需要調(diào)用VxD程序?qū)⒋鎯?chǔ)對(duì)應(yīng)的物理地址轉(zhuǎn)換成線性地址指針lpBaseAddress，這樣對(duì)適配器的操作就轉(zhuǎn)換成對(duì)以該指針為首地址的數(shù)組的操作。向這個(gè)數(shù)組的0x3F0、0x3F1和0x3F8單元分別寫(xiě)入上閏機(jī)節(jié)點(diǎn)號(hào)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(dāng)?shù)姆磻?yīng)，它會(huì)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。下而簡(jiǎn)單說(shuō)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(jī)節(jié)點(diǎn)號(hào)、模塊節(jié)點(diǎn)號(hào)、保留字、發(fā)送或接收字節(jié)長(zhǎng)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(kāi)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(gè)單元內(nèi)容進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)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(shí)的測(cè)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(cè)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(jìn)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(xiě)入上位機(jī)節(jié)點(diǎn)號(hào)、模塊節(jié)點(diǎn)號(hào)、保留字、發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和模塊檢查命令字0xAD，向0x3F8單元寫(xiě)入0xC7（表示向適配器寫(xiě)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(wèn)題。
3.4寫(xiě)適配器數(shù)據(jù)函數(shù)
在確定了網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行配置。為了實(shí)現(xiàn)向適配器發(fā)送數(shù)據(jù)，總共編寫(xiě)了4個(gè)函數(shù)、SendData（[in]BYTESendBuf[256]）、SendFinish([in]BOOLbFinish)、FinishQuery（[out]BOOL*bFinish）和ReceiveResult([out]BOOL*bSendFinish)。SendData負(fù)責(zé)把一個(gè)模塊所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)以數(shù)組的形式放到服務(wù)器的一個(gè)二維數(shù)組（Room[64][256]）里，每個(gè)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(shí)間判斷模塊是否接收成功，所以SendFinish中開(kāi)啟輔助線程來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)并等待結(jié)果，這相可不占用COM主程序的時(shí)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(gè)非模式對(duì)話框，顯示哪些模塊接收到數(shù)據(jù)，哪些沒(méi)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(lái)的數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)的命令字是0xA5。實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的函數(shù)是GetPV([in]BYTEbDesNode，[out]floatvalue[8])，第一個(gè)參數(shù)是模塊節(jié)點(diǎn)號(hào)，第二個(gè)參數(shù)是返回的測(cè)量值數(shù)組。
這里，COM是用ATL編寫(xiě)的本地服務(wù)器，COM對(duì)象的線程是套間線程。接口定義了6個(gè)函數(shù)，COM程序流程圖如圖2所示。
COM對(duì)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：
interfaceINCardWork:IDispatch
{
[id(1),helpstring("適配器初始化函數(shù)，返回值為是否成功")]
HRESULTNcardInit([in]BYTE
bSrcNode,[in]BYTEbIntrAdd,[in]BYTEbRate,[in]longbSegmantAdd,[out]BOOL*flag);
[id(2),helpstring("將客戶端傳送的數(shù)組賦值給Room[][]")]
HRESULTSendData[in]BYTESendBuf[256])；
[id(3),helpstring("啟動(dòng)多線程")]
HRESULTSendFinish([in]BOOLbFinish);
[id(4),helpstring("此函數(shù)返回值表示數(shù)據(jù)是否已向下位機(jī)發(fā)送完畢，同時(shí)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")]
HRESULTReceiveResult([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(jī)發(fā)送完畢，“真”表示發(fā)送完畢")]
HRESULTFinishQuery([out]BOOL*bFinish);
[id(6)，helpstring("網(wǎng)絡(luò)檢查，用來(lái)在發(fā)送數(shù)據(jù)前檢測(cè)是否有該節(jié)點(diǎn)存在")]
HRESULTNetCheck[in]BYTEsour,[in]BYTEdes,[in]BYTEtype,[out]BOOL*flag);
[id(7),helpstring("讀取模塊的測(cè)量值")]
HRESULTGetPV([iv]BYTEbDesNode,[out]floatvalue[256])；
}
適配器初始化函數(shù)：
#include<conio.h>
#include"winioctl.h"
//包含其它頭文件
……
STDMETHODIMPCNCardWork::NcardInit(BYTEbSrcNode,BYTEbIntrAdd,BYTEbRate,longbSegmentAdd,BOOL*flag)
{
NcardCtrlcardctrl;//NcardCtrl類的函數(shù)調(diào)用VxD函數(shù)
exbSrcNode=bSrcNode;//給上位機(jī)節(jié)點(diǎn)賦值
exbRate=bRate;//下位機(jī)與適配器的通信波特率
BOOLtransfersign;//初始化是否成功標(biāo)志
DWORDdwSegmentaddress=bSegmentAdd;//適配器段地址
HANDLEhDevice=NULL;//指向線性指針對(duì)句柄
LpBaseAddress=(PBYTE)cardctrl.MapLinearAddress(dwSegmentaddress,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(kāi)郵箱鎖
lpBaseAddress[0x3F0]=bSrcNodeNumber;//上位機(jī)節(jié)點(diǎn)號(hào)
lpBaseAddress[0x3F1]=bRate;//波特率
lpBaseAddress[0x3F8]=0xC6;//適配器初始化命令字
DrvDelay(20,false);//延時(shí)20ms
…………//初始化后其它操作
_outp(0x310,00)；//關(guān)閉郵箱鎖
returnS_OK;
}
4虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
VxD是虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（VirtualDeviceDriver）的縮寫(xiě)，中間的x表示某一設(shè)備。它能夠無(wú)限制地訪問(wèn)所有硬件設(shè)備、自由地檢測(cè)操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如描述符和頁(yè)表）以及訪問(wèn)任何內(nèi)存位置。
本文中，VxD將ISA總線對(duì)應(yīng)的物理地址轉(zhuǎn)換成段線性地址，供應(yīng)用程序使用。VxD的開(kāi)發(fā)工具是VtoolsD，轉(zhuǎn)換時(shí)用的函數(shù)為MapPhysToLinear。以下是部分程序代碼：
//定義結(jié)構(gòu)體
typedefstruct_MapDevRequest
{
PVOIDmdr_PhysicalAddress;DWORDmdr_SizeInBytes;
PVOIDmdr_LinearAddress;WORDmdr_Status;
}MAPDEVREQUEST,*PMAPDEVREQUEST;
#include<vtoolscp.h>
//包含其它頭文件
…………
PARAMSpDIOCParams
{
PMAPDEVREQUESTpRea;//自己定義的結(jié)構(gòu)體
switch(pDIOCParams->dioc_IOCtlCode)
{
caseDIOC_OPEN:
caseDIOC_CLOSEHANDLE:break;
caseMDR_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;
caseMDR_SERVICE_UNMAP:break;
default:
returnERROR_INVALID_FUNCTION;
}
returnDEVIOCTL_NOERROR;
}
在現(xiàn)場(chǎng)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(dú)立于客戶端程序，減小開(kāi)發(fā)難度，而且使其可以被任何支持二進(jìn)制代碼的程序如Excel電子表格等直接調(diào)用。當(dāng)系統(tǒng)中采用服務(wù)器和客戶端方式時(shí)，代碼更加易于維護(hù)。即使要升級(jí)服務(wù)器端程序，只要接口不變，其客戶端程序也完全不需要修改，大量后續(xù)工作被減輕。象服務(wù)器端一樣，客店端也只需關(guān)心服務(wù)器的接口，而不必考慮其如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。也就是說(shuō)，COM服務(wù)器或客戶機(jī)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(shí)際工程項(xiàng)目中得到成功的應(yīng)用。
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