基于Scintilla的PLC結(jié)構(gòu)化文本語言編輯器的設(shè)計(jì)

（南瑞集團(tuán)公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），南京 210003）

結(jié)構(gòu)化文本（structured text）語言是IEC61131-3中規(guī)定的PLC的5種編程語言之一，與梯形圖相比，結(jié)構(gòu)化文本語言簡單高效、易于掌握，用于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)計(jì)算方面的PLC編程，程序結(jié)構(gòu)更清晰，易于理解和維護(hù)。目前國外的主流PLC產(chǎn)品如AB、施耐德、三菱等已經(jīng)支持結(jié)構(gòu)化文本語言編程，并可以結(jié)合各自公司提供的PLC組態(tài)軟件使用，功能十分完備[1-2]。

南瑞集團(tuán)自主設(shè)計(jì)與研發(fā)的MB系列PLC，汲取了國際主流PLC的成功經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)當(dāng)今PLC的最新發(fā)展方向，采用了計(jì)算機(jī)、通訊、電子和自動(dòng)控制等方面的國際先進(jìn)技術(shù)，在CPU操作系統(tǒng)、IO信號處理、網(wǎng)絡(luò)通訊、軟件開發(fā)等方面具有優(yōu)越的性能，適用于各種自動(dòng)化控制的編程需求[3]。但是，目前的PLC組態(tài)軟件MBPro還不支持結(jié)構(gòu)化文本語言編程。為了提高M(jìn)B PLC編程的可用性和穩(wěn)定性，增加產(chǎn)品的綜合實(shí)力和市場競爭力，MBPro升級版本增加了對結(jié)構(gòu)化文本語言的編程支持[4]。

完整的結(jié)構(gòu)化文本語言編程支持包括前臺和后臺兩部分，前臺負(fù)責(zé)編程語言的編輯和存儲，后臺負(fù)責(zé)編譯結(jié)構(gòu)化文本程序生成針對目標(biāo)平臺的可執(zhí)行程序。本文主要介紹前臺編輯界面的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1 Scintilla介紹

Scintilla是一個(gè)免費(fèi)、跨平臺、支持語法高亮的開源編輯控件。它完整支持源代碼的編輯和調(diào)試，包括語法高亮、錯(cuò)誤指示、代碼完成和調(diào)用提示，能包含標(biāo)記的頁邊，可用于標(biāo)記斷點(diǎn)、折疊和高亮當(dāng)前行。

受益于開源軟件的蓬勃發(fā)展，Scintilla廣泛應(yīng)用于許多軟件中，其中包括文本編輯器NotePad、微型集成開發(fā)環(huán)境Code：：Blocks、IDE插件Visual Assist、版本控制工具Tortoise SVN等。但是，大量拿來主義的簡單封裝使得這些軟件具有嚴(yán)重的同質(zhì)化，對于編輯功能只是軟件的部分功能的項(xiàng)目，對Scintilla的封裝使用符合重用的開發(fā)理念，避免了“重復(fù)制造輪子”，但是對于一些本來就是開發(fā)編輯器的項(xiàng)目，一味機(jī)械使用卻不改進(jìn)提升，對Scintilla的發(fā)展是不利的。

Scintilla在版本3.3.3中新增了對結(jié)構(gòu)化文本語言的Lexer支持，方便用來對關(guān)鍵字著色和語法塊折疊；另外，對于MBPro軟件支持ST語言，編輯界面只是部分功能，并且受制于開發(fā)進(jìn)度和開發(fā)力量的限制，利用開源軟件可顯著提高開發(fā)效率，可以易于保證軟件質(zhì)量，增強(qiáng)軟件的可維護(hù)性。

2 結(jié)構(gòu)化文本語言編輯器總體結(jié)構(gòu)

本文實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)化文本語言編輯器可以靈活嵌入MBPro，MBPro是MB系列智能可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)化編程軟件，它主要完成硬件配置、測點(diǎn)組態(tài)、軟件編程以及相關(guān)的調(diào)試下載工作，提供了梯形圖、流程圖等標(biāo)準(zhǔn)化編程語言。該編程軟件為工程技術(shù)人員提供了一套簡單實(shí)用的軟件編程和聯(lián)機(jī)調(diào)試的工具。

MBPro軟件基于Windows環(huán)境的VC開發(fā)，整體程序的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 MBPro功能結(jié)構(gòu)示意Fig.1 MBPro function structure diagram

結(jié)構(gòu)化文本語言編輯器以MBPro為基礎(chǔ)，功能上和梯形圖編輯器以及流程圖編輯器類似，當(dāng)需要新建或者編輯結(jié)構(gòu)化文本程序時(shí)，MBPro軟件右側(cè)的編輯子窗口自動(dòng)切換為結(jié)構(gòu)化文本編輯器，針對結(jié)構(gòu)化文本語言的關(guān)鍵字進(jìn)行語法高亮渲染，同時(shí)還支持語法折疊等功能，界面友好、操作簡易，從而滿足工程應(yīng)用中結(jié)構(gòu)化文本編程需求。

3 結(jié)構(gòu)化文本編輯器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

本文實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)化文本語言編輯器，基于開源軟件Scintilla，進(jìn)行了2層封裝，第一層利用VC消息映射機(jī)制，將Scintilla提供的dll封裝為一個(gè)VC控件；第二層根據(jù)MVC設(shè)計(jì)模式，將控件封裝成一個(gè)VC基礎(chǔ)CView類的衍生類CStEditView，方便MBPro軟件直接調(diào)用。編輯器的封裝結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 編輯器封裝結(jié)構(gòu)Fig.2 Editor encapsulation diagram

3.1 Scintilla源碼獲取和編譯

Scintilla的源碼可以在 http：//scintilla.sourceforge.net/ScintillaDownload.html獲取，目前最新的版本為3.5.2。另外還有Scinilla相關(guān)的庫下載，比如wxScintilla就是Scintilla的wxWidgets移植版。另外，Scintilla的作者為了演示Scinilla的功能，編寫了一個(gè)叫SciTE的演示程序。這個(gè)演示程序的功能很強(qiáng)大，甚至可以作為我們的常用代碼編輯器。

下載的源碼根目錄下包含README文檔，文檔中有Windows平臺下編譯的具體步驟，可以用VC的nmake，也可以用mingw的mingw32-make，編譯完成后，在 bin目錄里會得到 Scintilla.dll和SciLexer.dll文件，SciLexer.dll是包含了語法解析器的Scintilla控件。

SciLexer.dll中包含了lexers目錄下所有語言的語法解析器，所以比較大，可以只保留ST語言的語法解析器，減小SciLexer.dll的大小，步驟如下：

步驟1進(jìn)到lexers目錄里，移除除LexSTTXT. cxx以外的所有Lex*.cxx文件

步驟 2執(zhí)行 LexGen.py重建 make文件和KeyWords.cxx文件（需要安裝Python）。

步驟3重新編譯。

3.2 Scintilla的第一層封裝

編譯好的SciLexer.dll可以直接在VC項(xiàng)目中加載使用，程序中以Scintilla作為類名注冊一個(gè)窗體類，可以直接用這個(gè)類名建立窗體。配置和使用Scintilla，可以直接使用SendMessage API，具體方式如下：

SendMessage（hwndScintilla，sci_command，wparam，lparam）。但是這種方式速度慢、效率不高，所以對Scintilla進(jìn)行一層封裝，先獲取直接控制函數(shù)，然后用函數(shù)來配置和使用Scintilla，具體步驟如下：

步驟 1創(chuàng)建一個(gè) CWnd的子類型 CScintillaCtrl，Scintilla所有的方法都由 CScintillaCtrl對外提供。

步驟2利用SCI_GETDIRECTFUNCTION和SCI_GETDIRECTPOINTER消息獲取直接函數(shù)和指針。

步驟3封裝一個(gè)CALL函數(shù)，使用函數(shù)指針調(diào)用SendMessage函數(shù)。

步驟4通過CALL函數(shù)封裝Scintilla的各種消息配置函數(shù)，如設(shè)置字體信息、獲取光標(biāo)位置等。

封裝好的CScintillaCtrl類，可以直接供上層調(diào)用，避免使用SendMessage速度過慢的問題。

3.3 Scintilla的第二層封裝

CScintillaCtrl類中封裝了Scintilla支持的全部消息，所以接口多達(dá)六百多個(gè)，直接使用時(shí)查找很不方便。實(shí)際應(yīng)用中，基于MFC的多文檔程序結(jié)構(gòu)，可以將ST語言編輯器進(jìn)一步封裝成一個(gè)CView的子類CStEditView，這個(gè)類持有一個(gè)CScintillaCtrl類型的私有成員變量，通過這個(gè)成員變量可以獲取Scintilla所有的消息接口。CStEditView通過提供盡量少的對外接口，簡化使用復(fù)雜度，例如提供了初始化接口 OnInitialUpdate（），內(nèi)部再調(diào)用 CScintillaCtrl的關(guān)鍵字設(shè)置、字號字體設(shè)置、頁邊距設(shè)置等初始化設(shè)置。

經(jīng)過二次封裝的CStEditView類，可以直接供MBPro系統(tǒng)中的Doc類調(diào)用，屏蔽了CScintillaCtrl內(nèi)部過多的復(fù)雜細(xì)節(jié)，專注與上層應(yīng)用，不用關(guān)心下層細(xì)節(jié)，便于分層管理和降低模塊間的耦合，易于測試及擴(kuò)展。

3.4 運(yùn)行效果

圖3所示為實(shí)際運(yùn)行的MBPro軟件，當(dāng)編輯結(jié)構(gòu)化文本語言程序時(shí)，右側(cè)編輯窗口即為編輯器窗口，能識別語言關(guān)鍵字，進(jìn)行顏色渲染，同時(shí)對語句塊能進(jìn)行識別，支持語句塊折疊。

圖3 ST編輯器運(yùn)行效果Fig.3 Running effect of the editor

4 結(jié)語

南瑞MB系列PLC產(chǎn)品是其依靠在水電自動(dòng)化控制領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn)的智慧結(jié)晶，目前在電力、水利、紡織、冶金、樓宇自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，組態(tài)軟件MBPro新增對ST語言編程的支持，完善了PLC產(chǎn)品的功能，增強(qiáng)了產(chǎn)品的綜合競爭力。

[1]劉成俊，彭文才，趙涌.PLC熱備冗余的研究與設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表，2015，30（2）：46-49.

[2]王善永.MB系列智能可編程邏輯控制器[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（10）：82-84.

[3]陳思寧.MB系列智能可編程控制器的軟件設(shè)計(jì)[J].水電廠自動(dòng)化，2006（4）：45-48.

[4]張紅芳，劉書良，周霞.MB系列智能PLC編程軟件MBPro[J].PLC與工控機(jī)，2010（10）：57-59.