一種面向?qū)ο蟮亩嘣O(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件分析

朱 旭

（中國(guó)航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司，陜西 西安 710077）

引言

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線是20 世紀(jì)80 年代提出的一種串行數(shù)據(jù)通訊總線，已在包括航空工業(yè)在內(nèi)的眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1]。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試、使用過程中，通常需要針對(duì)CAN 設(shè)備進(jìn)行二次開發(fā)，用于與各設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。二次開發(fā)的應(yīng)用軟件將人機(jī)交互程序分為應(yīng)用層與驅(qū)動(dòng)層，見圖1。驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)操控設(shè)備的相關(guān)信息，應(yīng)用程序負(fù)責(zé)功能實(shí)現(xiàn)。

目前在市場(chǎng)上存在多品牌、多種類的CAN 通訊設(shè)備，盡管不同品牌的CAN 通訊設(shè)備功能一樣，但每個(gè)設(shè)備的原理、使用方法卻不盡完全相同，導(dǎo)致使用者（二次開發(fā)者）在使用過程中，針對(duì)各類設(shè)備的二次開發(fā)，需配合不同應(yīng)用程序，這樣會(huì)影響生產(chǎn)效率，甚至容易導(dǎo)致出錯(cuò)。本文提出一種利用C#工具開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序方法，在應(yīng)用程序中添加后，只提供同一接口給應(yīng)用層調(diào)用。因此當(dāng)使用不同設(shè)備后，只需在驅(qū)動(dòng)層中添加或更改相應(yīng)模塊，不會(huì)影響應(yīng)用層功能，在降低程序開發(fā)復(fù)雜度的同時(shí)提高了二次開發(fā)程序的通用性。

1 程序設(shè)計(jì)思路

本文在VS2010 工具下完成C#程序開發(fā)工作[2]。采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，將所有CAN 通訊設(shè)備歸結(jié)為一個(gè)類，作為基類。每個(gè)CAN 設(shè)備看成一個(gè)基類的派生類，這樣，派生類擁有基類的特性。再將特定的方法和屬性組合，封裝為一個(gè)特定功能集合（稱為接口），每個(gè)實(shí)例的具體內(nèi)容在其接口中進(jìn)行定義實(shí)現(xiàn)[3-4]。

基類完成共同功能的設(shè)計(jì)，將基類設(shè)定為抽象類，每個(gè)設(shè)備作為一實(shí)例，派生于基類。這樣每個(gè)實(shí)例就擁有了基類的屬性和方法，各實(shí)例的不同功能在實(shí)例的接口中分別具體實(shí)現(xiàn)，針對(duì)不同情況，做出適應(yīng)性更改。這樣既滿足了相同功能的一致性，又達(dá)到不同設(shè)備靈活使用的現(xiàn)實(shí)需求。

上位機(jī)程序設(shè)計(jì)分為驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層兩個(gè)部分。驅(qū)動(dòng)層主要用于配置設(shè)備參數(shù)，使其能夠正常通訊。針對(duì)使用設(shè)備進(jìn)行類的實(shí)例化，繼承基類的共有屬性和方法，完成共同狀態(tài)的配置。對(duì)于具體功能方法，需要引用不同接口，在接口中進(jìn)行定制化和個(gè)性化的詳細(xì)功能實(shí)現(xiàn)。在驅(qū)動(dòng)層通過基類和接口完成不同設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)為應(yīng)用層提供了相同的入口參數(shù)。應(yīng)用層接受驅(qū)動(dòng)層傳遞的數(shù)據(jù)，進(jìn)過分析、識(shí)別判斷，完成最終程序的功能，如數(shù)據(jù)物理量的轉(zhuǎn)換、顯示。在此只考慮與驅(qū)動(dòng)接口的數(shù)據(jù)類型和格式是否一致，不需關(guān)心驅(qū)動(dòng)層的設(shè)備類型。

按照上述設(shè)計(jì)思路，UML表示法如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 軟件架構(gòu)UML 圖

2 人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)

本文通過CAN 通訊卡實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和嵌入式控制器之間的數(shù)據(jù)交互，從而對(duì)控制器中相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行管理、更改、維護(hù)。如下頁(yè)圖3 所示，上位機(jī)的人機(jī)界面發(fā)送指令到控制器，控制器接受到指令，先判斷格式是否正確，然后按照通訊協(xié)議，分析出指令的具體內(nèi)容，執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，完成后反饋信號(hào)或發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機(jī)，以通知其執(zhí)行結(jié)果。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)，同樣要進(jìn)行數(shù)據(jù)的甄別、判斷，若正確則將結(jié)果顯示于界面，提示用戶執(zhí)行結(jié)果。

圖3 系統(tǒng)框圖

假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)中使用了2 種不同品牌的CAN 通訊卡，對(duì)于用戶而言，接入任意設(shè)備，其使用方法應(yīng)完全一致。

在進(jìn)入程序時(shí)，如圖4 所示，首先在人機(jī)界面選擇設(shè)備類型。后續(xù)進(jìn)入主程序時(shí)根據(jù)之前的選擇自動(dòng)完成設(shè)備初始化工作，并在主界面提示設(shè)備狀態(tài)。初始化完成后根據(jù)指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)送等功能，并將數(shù)據(jù)解析的結(jié)果顯示在程序主界面。如圖5 所示。

圖4 初始化界面

圖5 程序主界面

2.1 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

設(shè)備1、2 分別提供不同的動(dòng)態(tài)鏈接文件，完成各自的驅(qū)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)。

每種設(shè)備的提供的動(dòng)態(tài)鏈接文件格式和使用方法都不一樣，因此，在驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，將2 個(gè)設(shè)備分別定義為DevCan1、DevCan2 類，根據(jù)使用情況進(jìn)行選擇，然后實(shí)例化對(duì)象，在實(shí)例化時(shí)將抽象類的虛方法進(jìn)行重寫。

首先，定義一個(gè)抽象基類DevClass。類定義包含ID、波特率、數(shù)據(jù)格式等字段，用以配置使用環(huán)境?；惙椒ò↖nitialCan()和CloseCan()方法，這兩個(gè)方法用于設(shè)備初始化和關(guān)閉。在函數(shù)內(nèi)分別各自調(diào)用原廠家提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)。再次，定義2 個(gè)接口，分別為發(fā)送數(shù)據(jù)ISendMessage、接收數(shù)據(jù)IRec-Data 函數(shù)。每個(gè)接口實(shí)現(xiàn)函數(shù)的返回值一致（例如，0表示失敗，1 表示成功）。因此，同樣結(jié)果對(duì)應(yīng)用層處理邏輯就是一致的。

若使用設(shè)備1，則實(shí)例化對(duì)象設(shè)備1，并繼承于基類，支持發(fā)送、接收2 個(gè)接口。在發(fā)送和接收過程中，將待發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)存放于數(shù)組中，供應(yīng)用層調(diào)配。

同理，若使用設(shè)備2，則實(shí)例化設(shè)備2，并完成相應(yīng)配置。

下面以初始化為例，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

2.2 應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

應(yīng)用層與驅(qū)動(dòng)層的數(shù)據(jù)交互采用共享數(shù)組的方式。驅(qū)動(dòng)層完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)后，將事件和所需數(shù)據(jù)整理后，傳遞到應(yīng)用層。應(yīng)用層負(fù)責(zé)接收、響應(yīng)事件，并解析、處理數(shù)據(jù)。在主程序中定義委托，將方法封裝在委托對(duì)象內(nèi)，實(shí)現(xiàn)傳遞回調(diào)函數(shù)的作用，多個(gè)委托可以完成多種事件的訂閱，事件訂閱對(duì)于使用的設(shè)備可不必關(guān)心。程序中將接收和發(fā)送數(shù)據(jù)事件分別定義，具體代碼（以設(shè)備1 為例）如下：

在應(yīng)用層建立2 個(gè)線程，分別用于接收數(shù)據(jù)、發(fā)送指令，各線程獨(dú)立工作，互不影響，從而提高程序的執(zhí)行效率。線程中處理委托中的訂閱事件，執(zhí)行相應(yīng)操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通訊功能。程序架構(gòu)如圖6所示。

圖6 程序架構(gòu)

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了針對(duì)不同CAN 通信設(shè)備的通用上位機(jī)應(yīng)用程序，在同一應(yīng)用程序中，利用接口和類完成不同設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)和事件。應(yīng)用層只負(fù)責(zé)事件和數(shù)據(jù)處理，與驅(qū)動(dòng)的設(shè)備無(wú)關(guān)，應(yīng)用層針對(duì)不同設(shè)備的事件處理邏輯一致。在實(shí)際使用中，新增設(shè)備只需進(jìn)行驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，完成對(duì)應(yīng)接口的功能，就能直接使用，這樣能夠快速開發(fā)完成程序，提高通用性，縮短了開發(fā)周期。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，此方法能夠有效、正確實(shí)現(xiàn)多設(shè)備同時(shí)驅(qū)動(dòng)的目標(biāo)。