摘 要：現(xiàn)場智能儀器儀表的軟件系統(tǒng)由于開發(fā)者是在裸機(jī)上直接開發(fā)，沒有任何支撐軟件支持，因而增加了軟件的開發(fā)難度，同時也極難保證軟件的繼承性和易維護(hù)性。文中基于軟件構(gòu)件技術(shù)提出了軟件功能構(gòu)件在CAN總線在現(xiàn)場智能儀表中的應(yīng)用，并詳細(xì)介紹了軟件系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)基礎(chǔ)、模塊組態(tài)技術(shù)以及與現(xiàn)場智能儀表中實(shí)時數(shù)據(jù)庫之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交換．很好地解決了上面提到的問題。 關(guān)鍵詞：軟件組件模塊；現(xiàn)場智能儀表；軟件系統(tǒng) Software System Used in Intelligent Instrument Based on Software Component Abstract：Scene inteUigenee instrument measuring appliance software system．because the exploiter is develops directly on the bare mobile phone，does net have any support software support，thus increased the software development dificulty，simultaneously extremely is also dificult to guarantee the software continuing．Received the nature and easy to maintain．Proposed the software function component based on the software componenttechnology in the CAN main line in scene inteligence measuring applianee application．And introduced in detail this software system funefon module development foundation，module configuration technology as well as with scene intefigenee measuring appliance betwen the solid database carries on the data exchange，the very good solution above mentioned question． Keywords：software module；field intellgentinstnunent；software system 0 引言 　　現(xiàn)場智能儀器儀表的軟件系統(tǒng)的繼承性和易維護(hù)性與其他大型復(fù)雜軟件一樣，是客觀存在和迫切需要的。一是因?yàn)殡S著用戶需求的不斷提高和技術(shù)的不斷進(jìn)步，軟件需要逐步完善和更新?lián)Q代，使之保持強(qiáng)勁的市場競爭力；二是在系列產(chǎn)品中，軟件系統(tǒng)都存在許多相似性和共同點(diǎn)。軟件系統(tǒng)良好的繼承性和易維護(hù)性能夠很好地適應(yīng)系列產(chǎn)品的開發(fā)。該軟件的模塊是一種具有對象的概念和封裝形式以及信息隱屏功能的軟件部件，它具有極好的可維護(hù)性和一定的繼承性。組態(tài)序列反映了模塊之間的相互作用，具有消息序列的本質(zhì)特征。這種“組件模塊加組態(tài)序列形成軟件解空問”的方法，在很大程度上類似于面向?qū)ο?、組件的程序設(shè)計方法，因而具有良好的繼承性和易維護(hù)性。 1 實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng) 　　實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)由系統(tǒng)執(zhí)行、就緒、睡眠等狀態(tài)組成，具有剝奪式優(yōu)先級任務(wù)調(diào)度、單片機(jī)片內(nèi)資源管理、中斷管理、時鐘管理等功能，包含建立時問片、信號量P操作、信號量v操作等原語，數(shù)據(jù)傳送借助實(shí)時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)共享功能來實(shí)現(xiàn)。實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對硬件資源管理、硬件細(xì)節(jié)的信息隱蔽和在任務(wù)級上對應(yīng)用軟件系統(tǒng)的支撐，并保證了該軟件系統(tǒng)的并行設(shè)計、并行調(diào)試和并行運(yùn)行，使每個任務(wù)在設(shè)計、調(diào)試和運(yùn)行中，完整使用全部單片機(jī)資源而自動完成相互之問的協(xié)調(diào)管理功能。 2 任務(wù)分配與管理 　　軟件系統(tǒng)有4個任務(wù)級子系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 3 組態(tài)原理和組態(tài)序列以及組態(tài)序列解譯程序 　　組態(tài)軟件是基于功能模塊庫加組態(tài)序列來實(shí)現(xiàn)的，可滿足種類繁多的自動化行業(yè)和各種各樣的應(yīng)用需求。組態(tài)序列是每個特定的處理周期中應(yīng)用軟件所需完成的功能集合和模塊之間的消息傳遞序列，也是功能的選擇和按前后順序方式運(yùn)行的組織形式。組態(tài)軟件原理結(jié)構(gòu)如組態(tài)軟件的中心是組態(tài)序列和實(shí)時數(shù)據(jù)庫。當(dāng)某一功能模塊響應(yīng)組態(tài)序列呼叫為應(yīng)用任務(wù)服務(wù)時，首先從功能模塊庫中調(diào)用該模塊，然后按該模塊定義的數(shù)據(jù)接口從實(shí)時數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，在模塊內(nèi)部完成相應(yīng)的操作、運(yùn)算等處理后，再將其結(jié)果按定義的數(shù)據(jù)接口送回到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中去。如圖2所示。 　　功能模塊的解譯程序被分散到實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)管理下的兩個任務(wù)中運(yùn)行，兩個任務(wù)結(jié)構(gòu)完全相同。功能模塊的解譯程序被分散到實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)管理下的兩個任務(wù)中運(yùn)行。這兩個任務(wù)結(jié)構(gòu)完全相同，每一個功能模塊的組態(tài)數(shù)據(jù)由l6個單字節(jié)參數(shù)組成，第一個參數(shù)為模塊功能號，是調(diào)用相應(yīng)功能模塊操作處理過程的狀態(tài)字；第二至第十六個參數(shù)是輸入數(shù)據(jù)（來自實(shí)時數(shù)據(jù)庫）地址指針（占用兩個參數(shù)，是該數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的組號和組內(nèi)序號）、單字節(jié)無符號常數(shù)、輸出數(shù)據(jù)（送往實(shí)時數(shù)據(jù)庫）地址指針、服務(wù)于該模塊的私有數(shù)據(jù)（或數(shù)據(jù)表）地址指針等。這15個單字節(jié)參數(shù)的含義沒有統(tǒng)一規(guī)定，由相應(yīng)的功能模塊來定義。組態(tài)序列解譯程序框圖見圖3。 4 組件模塊及封裝 　　組件模塊由服務(wù)功能號、輸人數(shù)據(jù)地址指針、輸入常數(shù)（常數(shù)表）、輸出數(shù)據(jù)地址指針等組成。每一組件模塊有l(wèi)6個單字節(jié)參數(shù)，第一參數(shù)為服務(wù)功能號（0＃標(biāo)志著組態(tài)序列的結(jié)束），第二至第十六參數(shù)是輸入數(shù)據(jù)地址指針、輸入常數(shù)、輸出數(shù)據(jù)地址指針等。一個地址（位開關(guān)量地址除外）指針由2個參數(shù)組成，第一參數(shù)表示數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫排列中的行號（組號），第二參數(shù)表示列號（組內(nèi)序號）。一個輸入常數(shù)、位開關(guān)量地址只用一個參數(shù)表示，輸入常數(shù)只能是單字節(jié)無符號整數(shù)。某一組件模塊除服務(wù)功能號外，其他參數(shù)可以沒有定義。這種組件模塊常常是和系統(tǒng)聯(lián)系比較密切，或者是一些專用系統(tǒng)的特殊組件模塊。在組態(tài)軟件中，每一模塊有3個接口：接口l用于設(shè)置模塊缺省參數(shù)值；接口2用于設(shè)置啟動時的工作參數(shù)初值；只有接口3才是完成功能模塊的實(shí)現(xiàn)入口。在每一處理周期中，接口3必須實(shí)現(xiàn)所定義的全部功能。 5 實(shí)時數(shù)據(jù)庫 　　數(shù)據(jù)庫是由每行l(wèi)6個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)組組成，數(shù)據(jù)庫中的某一數(shù)據(jù)，可由指向該數(shù)據(jù)的排列行號和列號唯一指定。行號和列號形成的數(shù)據(jù)對是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的地址指針。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)元素可以是浮點(diǎn)數(shù)、雙字節(jié)整形數(shù)、字節(jié)開關(guān)量和位開關(guān)量。一旦組態(tài)序列形成以后，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)元素的性質(zhì)隨之確定。但數(shù)據(jù)內(nèi)容卻可以隨時變化。系統(tǒng)數(shù)據(jù)、組件模塊專用數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)寄存單元的組合形成了數(shù)據(jù)庫豐富的內(nèi)容。系統(tǒng)數(shù)據(jù)是支撐軟件所使用的數(shù)據(jù)單元，包括A／D、D／A、數(shù)字量I／O、數(shù)碼顯示指針等。組件模塊專用數(shù)據(jù)是組件模塊對象的私有數(shù)據(jù)成員，當(dāng)該組件模塊出現(xiàn)在組態(tài)序列中時，其私有數(shù)據(jù)隨之一起工作，為完成相應(yīng)功能服務(wù)；當(dāng)該組件模塊未出現(xiàn)在組態(tài)序列中時，這些私有數(shù)據(jù)成員便失去定義，并可作為一般數(shù)據(jù)寄存單元使用。數(shù)據(jù)寄存單元是專為組件模塊組態(tài)服務(wù)的，沒有使用的數(shù)據(jù)寄存單元是沒有定義的。在使用數(shù)據(jù)寄存單元時，應(yīng)注意模塊使用的數(shù)據(jù)的性質(zhì)要與數(shù)據(jù)寄存單元的性質(zhì)相符（如浮點(diǎn)數(shù)不能放在整形數(shù)和字節(jié)開關(guān)量寄存單元中）。另外，還要注意數(shù)據(jù)寄存單元的字節(jié)長度，以免超長數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)相沖突。 [b]6 組態(tài)軟件工程實(shí)現(xiàn) 6．1 實(shí)時性能[/b] 　　軟件的組態(tài)功能，還可歸結(jié)為對開關(guān)量和模擬量的操作運(yùn)算兩大部分，即包含有常規(guī)PLC和回路調(diào)節(jié)器兩大部分內(nèi)容。然而在實(shí)際應(yīng)用中，這兩部分內(nèi)容對實(shí)時性能的要求是不完全相同的。如果將它們放在同一個周期中處理，速度太快會限制所完成的工作量，而速度太慢將有損開關(guān)量處理的性能。因此，組態(tài)軟件將這兩大部份分開放在不同的任務(wù)中完成來解決這一矛盾。但如果將組態(tài)序列也分開，將會給組態(tài)過程和組態(tài)序列的編輯、下載等帶來不便。為此，組態(tài)軟件專門設(shè)計了功能模塊Fun2，用于設(shè)定任務(wù)l和任務(wù)2的分界點(diǎn)。Fun2之前的模塊隊列在任務(wù)l中運(yùn)行，處理周期為20 ms，優(yōu)先級最高；Fun2之后的模塊隊列在任務(wù)2中運(yùn)行，處理周期為100ms，優(yōu)先級第一。 6．2 組態(tài)序列編輯 　　組態(tài)序列由組態(tài)數(shù)據(jù)庫管理。組態(tài)數(shù)據(jù)庫共有1600點(diǎn)單字節(jié)參數(shù)，設(shè)計為100行×16列，每行為一個模塊的組態(tài)，組態(tài)數(shù)據(jù)庫最大能容納100個模塊。就地實(shí)現(xiàn)組態(tài)過程是直接在現(xiàn)場儀表的操作鍵盤上完成。該組態(tài)軟件為組態(tài)數(shù)據(jù)庫的進(jìn)入設(shè)有專門的保護(hù)口令。當(dāng)輸入組態(tài)口令進(jìn)入編輯組態(tài)數(shù)據(jù)庫狀態(tài)時，操作鍵盤將重新定義為組態(tài)數(shù)據(jù)庫編輯鍵，實(shí)現(xiàn)其編輯功能。對組態(tài)數(shù)據(jù)庫的編輯，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表控制運(yùn)算功能的重構(gòu)和寄存單元的重新分配。為保證在線組態(tài)時不出現(xiàn)危險，維護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行，組態(tài)軟件在組態(tài)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，采用了以下保護(hù)措施：凍結(jié)模擬量輸出值的大小和開關(guān)量的輸出狀態(tài)；在退出組態(tài)數(shù)據(jù)庫編輯狀態(tài)時自動復(fù)位，使軟件系統(tǒng)重新啟動，并重新設(shè)置組態(tài)隊列中所用模塊的缺省值。 6．3 組態(tài)的工作參數(shù) 　　一些復(fù)雜的功能模塊（如PID控制、自動整定等）有許多類似于“對象”概念中的屬性、方法和事件，并可表達(dá)成參數(shù)的數(shù)值和開關(guān)量的狀態(tài)。由于功能模塊的組態(tài)數(shù)據(jù)中僅有16個單字節(jié)參數(shù)，根本無法滿足對功能模塊全部參數(shù)地址指針的設(shè)置，為此，在該組態(tài)軟件的實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，有許多單元是特定為某些功能模塊服務(wù)的。當(dāng)這些功能模塊出現(xiàn)在組態(tài)隊列中時，這些特定數(shù)據(jù)項(xiàng)便有了定義，反映出該模塊的屬性、方法和事件。當(dāng)這些功能模塊沒有出現(xiàn)在組態(tài)隊列中時，這些特定數(shù)據(jù)項(xiàng)便失去了定義（但可作為通用寄存單元供其他模塊使用，并隨使用模塊的重新定義而更改數(shù)據(jù)項(xiàng)的含義）。 6．4 下載到智能儀表中的方法 　　軟件系統(tǒng)采用自行開發(fā)的組態(tài)模塊下載調(diào)試軟件MDCSCFG進(jìn)行組態(tài)模塊的下載與在線調(diào)試它通過CAN總線，能對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)上的每一個MDCS組件進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)編輯、下載、上傳、管理和實(shí)時監(jiān)測、調(diào)試。MDCS-CFG的主要功能包括： 　?。?）對組件模塊庫14大類82種組件模塊進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)序列的最大長度可達(dá)250行； 　?。?）對實(shí)時數(shù)據(jù)庫100組共1 600點(diǎn)控制運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改、管理和實(shí)時監(jiān)視； 　?。?）可一次下載／上傳全部或部分組態(tài)數(shù)據(jù)； 　?。?）可一次下載／上傳全部或部分實(shí)時數(shù)據(jù)庫參數(shù)； 　　（5）可實(shí)時監(jiān)視多達(dá)16點(diǎn)控制運(yùn)行參數(shù)的變化； 　?。?）可管理8個串行口，14種MDCS類別，256個MDCS構(gòu)成的多個項(xiàng)目或子系統(tǒng)； 　　（7）可構(gòu)造自動測試系統(tǒng)、自動標(biāo)定系統(tǒng)、調(diào)試支撐系統(tǒng)； 　?。?）對傳輸中的故障狀態(tài)可自動檢測，并可按設(shè)定的重發(fā)次數(shù)嘗試多次傳輸。 7 結(jié)束語 　　應(yīng)用軟件組件技術(shù)很好的解決了針對現(xiàn)場智能儀表軟件開發(fā)中存在的開發(fā)難度太大，軟件的繼承性差和不易維護(hù)性等困難。給從事現(xiàn)場智能儀表軟件開發(fā)的人員提供了方便有效的方法，減少了軟件開發(fā)人員的工作量。 參考文獻(xiàn)： [1] 陽憲惠．現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，1999． [2] 劉雙剮．間歇生產(chǎn)過程的自動控制．機(jī)電工程．2000，17（3）：94—96． [3] 袁愛進(jìn)．現(xiàn)場智能測控儀表軟件集成技術(shù)的研究．儀器儀表學(xué)報，2001（3）：269～276． [4] 袁愛進(jìn)．MDC～2001微型集散控制系統(tǒng)手冊．大連交通大學(xué)三合儀表公司，2001． [5] 李正．OPC技術(shù)及組態(tài)軟件在遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)中的應(yīng)用．儀表技術(shù)與傳感器．2OO6（5）：24—26． [6] SHCAN2000分布控制系統(tǒng)智能測控組件系統(tǒng)組態(tài)使用手冊．大連三合儀表開發(fā)公司，2OOO． [7] SHCAN2000分布控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置及下載調(diào)試程序使用手冊．大連三合儀表開發(fā)公司，2OOO．