1引言 　　工控應用已遍及各行各業(yè)，特別是隨著計算機的普遍降價、由PC機建構的控制系統(tǒng)也越來越多，該類控制系統(tǒng)的優(yōu)點是開發(fā)人員可以用高級語言及大量的現(xiàn)有軟件快速建構成自己的軟件系統(tǒng)。本文主要介紹了這類應用的一種實現(xiàn)方法：該方法是將所有硬件I/O部分按類型分類。將他們各自的讀寫過程全部函數(shù)化。經(jīng)數(shù)學抽象后歸一化為流對象統(tǒng)一處理：傳感器→流→（初始化函數(shù)，流讀，流寫，關閉）→應用軟件讀寫線程→用戶消息→主窗口。經(jīng)這樣的抽象后，無論控制系統(tǒng)多么復雜，硬件傳感器是什么形式，在這種軟件架構下全使用統(tǒng)一的軟件方法處理。 [b]2控制系統(tǒng)硬件結構 [/b]　　設想一類控制系統(tǒng)是如下結構建成的，主控臺完成同5個測量站的通信并指揮測量站按確定 方程運動。主控臺通過與網(wǎng)絡與中心站完成雙向I/O、主控臺可以單獨遙控某一測量站設備單獨工作。大的硬件控制如圖1所示。 主控臺與測量站用RS 232通信，經(jīng)Modem接連，與其他測量設備由A/D、D/A連接卡連接，與中心機通信由網(wǎng)絡連接。 　　在構建此控制系統(tǒng)軟件時，不妨將問題擴展，假定不考慮具體的設備控制對象，不考慮具體的應用類型，考慮一種更復雜的控制系統(tǒng)：設想控制系統(tǒng)如圖2所示。 控制計算機使用P4 2.8或P4 2.4 GHz處理器，具體的控制對象設想為抽象傳感器即可。 [b]3控制系統(tǒng)軟件構架 [/b]　　本文提供的軟件構架為：對每類控制硬件設備而言，訪問該類硬件無非對應如下幾個函數(shù)： 　?。?） 硬件初始化函數(shù)。 　?。?） 硬件讀函數(shù)。 　?。?） 硬件寫函數(shù)。 　?。?） 硬件刷新及關閉函數(shù)。 　　這樣，經(jīng)過數(shù)學抽象后，每類硬件訪問不超過這5條函數(shù)。無論控制系統(tǒng)由什么硬件傳感器 搭建，對一類傳感器而言。訪問他僅需要幾條語句而已。假設按類型編制了相關的I/O函數(shù)。 　　該軟件系統(tǒng)的主要思路為：任一控制對象（傳感器）均可設想為流設備、線程完成流讀 寫，讀寫時序由中斷或其他設備事件決定。一旦硬件設備I/O完成，用臨界區(qū)鎖住數(shù)據(jù)，導入軟設備緩沖區(qū)。用戶交互部分僅同軟設備緩沖區(qū)打交道，與設備硬件無關。控制函數(shù)只負責設備緩沖區(qū)填寫。這一函數(shù)僅與通訊協(xié)議有關，與硬設備無關。這樣任一硬件設備同計算機通訊都可以將其視為一串流信息的交換。更簡單的看法為：任一硬設備不妨直接視為一定長的十六進制字符串。這樣，任一控制系統(tǒng)在該軟件構架下是若干個十六 進制字符串。而軟件主框架將其流已分成幾大類（串行通訊類，網(wǎng)絡類等）。添加或刪除某些硬件對軟件系統(tǒng)就是關閉幾條條件編譯項。況且對每類應用，I/O函數(shù)是4、5句，所有的同硬件打交道部分都在線程級完成，且讀寫線程機構完全一致。 　　前臺用戶交互部分已完全獨立于后臺，后臺與相關事件通知有關，與前臺幾乎沒有其他關聯(lián)，所以前臺將所有緩沖填好后，只需調一句事件通知即可，這樣后臺將會自動等到該通知后轉入自己的I/O操作。 　　讀線程完成一具體硬件讀，讀時序由讀事件驅動，讀線程一旦讀到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)先進入用戶設計的臨界區(qū)，鎖住數(shù)據(jù)，將硬件緩沖區(qū)讀到的數(shù)據(jù)放入軟件緩沖區(qū)，發(fā)用戶讀完成消息給前臺，實現(xiàn)軟硬件隔離。 　　寫線程完成一具體硬件寫，寫時序由寫事件驅動，寫線程一旦要寫數(shù)據(jù)，首先調用控制函數(shù)完成設備緩沖區(qū)填寫，進入用戶設計的臨界區(qū)鎖住數(shù)據(jù)，將軟件緩沖區(qū)的寫數(shù)據(jù)放到硬件緩沖區(qū)，發(fā)用戶定制的寫完成消息給前臺，實現(xiàn)軟硬件隔離。 　　讀完成用戶處理消息為：完成數(shù)據(jù)轉換，供顯示用。 　　寫完成用戶處理消息為：先告知用戶狀態(tài)計數(shù)器，表示寫已完成，再做其他顯示處理。對各硬件的訪問全部分開，但讀寫線程結構完全相同。 　　控制函數(shù)的形式也完全相同，無論是用PID算法或其他算法，均與此函數(shù)結構無關。因為該 控制函數(shù)的本質為：根據(jù)控制字，完成抽象軟件緩沖區(qū)填寫。與控制算法無關。因為這種算法僅在該控制函數(shù)中作為子函數(shù)調用。 　　控制函數(shù)的功能為：根據(jù)控制字完成寫出緩沖區(qū)填寫，并置寫出長度，填寫緩沖區(qū)為軟設備緩沖區(qū)，控制函數(shù)對設備而言結構是完全統(tǒng)一的。形式為： 其中k為控制方式字。例如：0為待機，1為手動，2為理論彈道，3為正弦彈道…… 　　控制時序由標準的時鐘設備提供，例如B碼或其他設備，他產生的同步脈沖作為中斷源接入 系統(tǒng)。中斷處理程序一旦檢測到該中斷，設置各自硬件讀寫事件為有信號（硬件讀寫事件由用戶在初始化時建立為手工復位的事件）。在讀寫線程中一旦完成讀寫操作，復位這些事件。 　　對應于上述復雜的硬件控制系統(tǒng)，該控制軟件架構如圖3所示。 讀設備線程： 　?。?） 判斷線程是否退出，如退出則轉（8），否則轉（2）。 　　（2） 等待讀事件，永遠等（該事件為手工復位）。 　　對異步串行設備或網(wǎng)絡設備而言該步可省略。 　?。?） ReadFileDevice（）調設備硬件讀函數(shù)完成讀操作。 　　（4） 判斷讀是否成功，如不成功，則轉（1），如成功轉（5）。 　?。?） 進入臨界區(qū)，將硬件讀緩沖區(qū)復制到軟設備緩沖區(qū)，退出臨界區(qū)。 　?。?） 發(fā)用戶消息到前臺，復位讀事件，為下一次讀做準備。 　?。?） 轉（1）。 　?。?） 結束。 　　寫設備線程： 　　（1） 判斷線程是否退出，如退出則轉（9），否則轉（2）。 　　（2） 等待寫事件，永遠等（該事件為手工復位）。 　　（3） 調控制函數(shù)完成設備緩沖區(qū)填寫。 　?。?） 進入臨界區(qū)，將軟設備寫緩沖區(qū)復制到硬件寫緩沖區(qū)，退出臨界區(qū)。 　　（5） WriteFileDeivce（）調設備寫函數(shù)完成寫操作。 　　（6） 判斷寫成功否，如不成功轉（1），如成功轉（7）。 　　（7） 發(fā)用戶消息到前臺，復位寫事件，為下一次寫做準備。 　　（8） 轉（1）。 　?。?） 結束。 [b]4結語 [/b]　　在這樣一種軟件架構下，控制系統(tǒng)硬件接口部分從軟件角度看僅是4、5條函數(shù)，通過Window s 2000的內核同步對象（事件和臨界區(qū)）將軟硬件緩沖區(qū)實行了隔離及同步。通過中斷置事 件達到控制時序設置。經(jīng)過這一系列步驟后，整個控制系統(tǒng)的計算機實現(xiàn)軟件結構清晰明了 ，調試方便。該軟件系統(tǒng)架構與開發(fā)工具無關，作者運用這一軟件架構已設計多套控制系統(tǒng) ，這些控制軟件目前正成功運行于我國幾個基地。 [b]參考文獻 [/b]［1］曹國鈞，王鍵.深入Windows 2000應用［M］.北京：北京科海集團 出版社，2001. ［2］飛思科技產品研發(fā)中心Delphi下深入Windows核心編程［M］.北京：電子 工業(yè)出版社，2003. ［3］［美］William BoswellWindows 2000 Server 技術內幕［M］.北京：清 華大學出版社，2001. ［4］陳平，褚華.軟件設計師教程［M］.北京：清華大學出版社，2004. 編輯：何世平