（計算機(jī)軟件與理論專業(yè)論文）基于arm的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用.pdf

碩士論文基于 刪的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 摘要 隨著計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣然 而在工業(yè)控制領(lǐng)域中取得巨大成功的組態(tài)軟件還不能直接應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)而 工業(yè)控制領(lǐng)域中的嵌入式系統(tǒng)又迫切需要一種類似于組態(tài)軟件的應(yīng)用程序來快速、高 效、方便地開發(fā)適應(yīng)各種場合的監(jiān)控軟件。因此嵌入式系統(tǒng)與組態(tài)軟件的結(jié)合是兩者 在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展的必然趨勢，嵌入式組態(tài)軟件的研制也是迫切需要的。 本文介紹了嵌入式組態(tài)軟件所需的軟、硬件平臺后，詳細(xì)地分析了嵌入式組態(tài)軟 件的功能、構(gòu)成以及數(shù)據(jù)流，對嵌入式組態(tài)軟件的主要組件的設(shè)計進(jìn)行了討論，并在 此基礎(chǔ)上分析了基于a r m 平臺組態(tài)軟件的特點(diǎn)。基于分析的結(jié)果，本文提出了在 a r m 平臺上實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件的系統(tǒng)模型，包括系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境的具體設(shè)計 在運(yùn)行環(huán)境中主要設(shè)計實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收模塊、l c d 顯示模塊、u s b 通信模塊、網(wǎng)絡(luò) 通信模塊、聲音播放模塊等五大功能模塊，這些模塊都是基于電梯多媒體項(xiàng)目來設(shè)計 的。 最后，利用基于a r m 平臺的組態(tài)軟件完成了電梯多功能液晶屏等數(shù)個產(chǎn)品項(xiàng)目， 通過這幾個應(yīng)用案例表明所設(shè)計的系統(tǒng)符合嵌入式組態(tài)軟件的基本要求，充分體現(xiàn)了 易用性和靈活性，并且所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)較好的突出了組態(tài)軟件實(shí)時多任務(wù)的特點(diǎn)，在軟、 硬件的可裁減性上也有一定的可行性 基于本文設(shè)計的系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的電梯多功能液晶屏在2 0 0 6 年4 月中國國際電梯展 上展出，并獲得好評；該產(chǎn)品目前已正式出產(chǎn)，并在蒂森克虜伯電梯( 上海) 有限公 司的演示電梯上運(yùn)行 關(guān)鍵詞：組態(tài)，嵌入式系統(tǒng)，a r m ，電梯，多媒體 碩士論文基于刪的組卷軟件的研究與應(yīng)用 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f c o m p u t e rs o f h 怩i 把a(bǔ) n dh a d w a l et e c h n o l o g y , e m b e d d e d s y s t e mh a sb e e nw i d e l yu s e di nf i e l do fi n d u s t r i a le o n l r 0 1 h o w e v e r , 0 1 3 o n eh a n dt h o s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ( s c a d a ) w l a i e hh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di n i n d u s u i a lc o n t r o l 眥n o td i r e c t l yd e p l o y e di ne m b e d d e ds y s t e m o nt h eo t h e rh a n d , t h e e m b e d d e ds y s t e ma p p l i e di ni n d u s t r i a lc o n t r o ld o m a i nn e e dak i n do fs o t h l t l ew h i c hc 觚 p r o v i d et h ef u n c t i o nl i k e $ c a d a s oi t sac o m p e u i n gt r e n dt oc o m b i n et h ee m b e d d e d s y s t e ma n ds c a d a i t s i nu r g e n tn e e do f t h er c s c a r e l ai ne m b e d d e ds c a d a t h i st h e s i s s t a r t sw i t ht h ei n t r o d u c t i o no ft h eh a r d w a r ea n ds o t 【w a r ep l a t f o r mo f e m b e d d e ds y s t e m , a n da n a l y s e st h ef u n c t i o n , a r c h i t e c t u r ea n dd a t af l o wo ft h ee m b e d d e d $ c a d al a t e ro nf u r t h e ri n o r ed i s c u s s e st h ed e s i g no f t h em a j o rc o m p o n e n t so f e m b e d d e d c o n f i g u r a t i o ns o t t w a r e b a s e do nt h er e s u l to fa n a l y s i s ，am o d e lo fe m b e d d e d $ c a d a 0 1 1 a r m p l a t f o r m , w h i e l ai n c l u d e sd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ta n dr t m - t i m ee n v i r o n m e n t , i s p r o v i d e d i nr t m - t i m ee n v i r o n m e n t , 啪d e s i g na n dr e a l i z et h ef i v ef u n c t i o n a lm o d u l e s , i n c l u d i n gd a t ar e c e i v i n gm o d u l e ，l c dd i s p l a ym o d u l e ，n e t w o r ke o m m t m i e a t i o nm o d u l e ， u s bc o m m u n i c a t i o nm o d u l ea n ds o u n dp l a y i n gm o d u l e t h ed e s i g no ft h e s em o d u l e si s b a s e do i lt h ep r o j e ao f e l e v a t o rm u l t i m e d i a a tl a s t , w ea c c o m p l i s hs e v e r a lp r o d u c t si n c l u d i n ge l c v a t o rm u l t i f u n e t i o nl c dw i t h t h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a 糟w ed e s i g n e da b o v e t h e 釩k c e s so ft h e s ea p p l i c a t i o ni n s t a n c e s m a k ep l a i nt h a tt h es y s t e mw ed e s i g n e a lc o n f l m l sv v i t ht h er e q u i r e m e n to ft h ee m b e d d e d c o n f i g u r a t i o ns o 矗w a 絕t h e s ei l i s t a l l $ a l s oe m b o d yt h ee o n v e n i e n e , ea n df l e x i b i l i t y t h r o u g h l y 1 1 圮s y s t e mo u t s t a n dt h ef e a t u r eo f r e a l - t i m em u l t i t a s k i n gv e r yw e l l ，a n dm e e t s n e c e s s i t yo f r e d u c i b i l i t yo ns o f t w a l ea n dh a l d w a 他 e l e v a t o rm t t l t i f u n e t i o nl c db a s e d0 no u ts y s t e mi se x h i b i t e di nc h i n aw o r l d e l e v a t o r & e s c a l a t o re x p o 0 6 , a n dp r o c u r e sf a v o r a b l er e v i e w t h i sp r o d u c th a ss o l dt o t h y s s e n k r u p pe l e v a t o r s ( s h a n g h a i ) c o ，l t d k e yw o r d s ：c o n f i g u r a t i o n , e m b e d d e ds y s t e m , a r m , e l e v a t o r , m u l t i m e d i a 聲明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在 本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他入已經(jīng)發(fā) 表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W 歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說明。 研究生簽名： 主蘊(yùn)。嘭年占月，羅目 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電予和紙質(zhì)文檔，可以借閱 或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送 交并授權(quán)其保存、借闋或上闞公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容。對 于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 研究生簽名：至自疊 印。6 年莎月日 磺士論文 基于 蹦的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 1 緒論 1 1 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)早已經(jīng)溶入我們的生活，除了我們在日常生活中可以看到的家電產(chǎn) 品、工業(yè)與軍事應(yīng)用的獨(dú)立產(chǎn)品之外，許多大型電腦系統(tǒng)，事實(shí)上也是許許多多小的 嵌入式系統(tǒng)所組成的1 1 1 如果有人將嵌入式系統(tǒng)用于網(wǎng)絡(luò)控制、樓宇監(jiān)控系統(tǒng) 3 1 1 4 1 。 正因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，加之芯片技術(shù)的不斷突破，軟件業(yè)的繁榮，這一 切都為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展提供了便利條件，目前嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為最熱門的技 術(shù)之一。 1 1 1 嵌入式系統(tǒng)定義 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用 系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng) 是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的 產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知 識集成系統(tǒng)【2 1 i 1 2 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成 嵌入式作為一類特殊的計算機(jī)系統(tǒng)，自底向上包括3 個部分 2 1 ： ( 1 ) 硬件環(huán)境。是整個嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行的硬件平臺，不同的應(yīng)用 通常有不同的硬件環(huán)境。硬件平臺的多樣性是嵌入式系統(tǒng)的一個主要特點(diǎn)硬件部分 可分為三層：核心處理器、外圍電路和外部設(shè)備核心處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部 件，負(fù)責(zé)控制整個嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行外圍電路包括嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存、f o 端口、 復(fù)位和電源等，與核心處理器一起構(gòu)成一個完整的嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)。外部設(shè)備是嵌入 式系統(tǒng)與真實(shí)環(huán)境交互的各種設(shè)備，包括存儲設(shè)各( 如f l a s hc a r d ) 、i o 設(shè)備( 如鍵 盤、鼠標(biāo)、l c d 等) 和打印設(shè)各( 打印機(jī)、掃描儀等) i s l 。 ( 2 ) 嵌入式操作系統(tǒng)完成嵌入式應(yīng)用的任務(wù)調(diào)度和控制核心功能。具有內(nèi)核較 精簡、可配置，與高層應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)嵌入式操作系統(tǒng)具有相對不變性嵌入 式操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大提高了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率，并增強(qiáng)了嵌入式支撐軟件和 應(yīng)用軟件的可移植性婀 ( 3 ) 嵌入式應(yīng)用程序。運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上，利用操作系統(tǒng)提供的機(jī)制完成特定 功能的嵌入式應(yīng)用。不同系統(tǒng)需要設(shè)計不同的嵌入式應(yīng)用。 頑i 論文基于 蹦的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 1 1 3 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 與通用計算機(jī)不同，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用的專用系統(tǒng)。一般具有成本敏感 的特點(diǎn)，它的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣去除冗余，力爭在同樣的硅 片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。好的嵌入式系統(tǒng)是完成目標(biāo)功能的最小系統(tǒng)，這樣的產(chǎn)品 才更具有競爭力啊嗍。 嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度處理能力、電磁兼容性等方面 均受到應(yīng)用要求的制約。這些也是各個半導(dǎo)體廠商之間競爭的熱點(diǎn)嵌入式處理器針 對用戶的具體需求，對芯片配置進(jìn)行裁剪和添加，才能達(dá)到理想的性能，但同時還會 受到用戶訂貨數(shù)量的制約因此，不同的處理器面向的用戶也不相同，可能是一般用 戶，行業(yè)用戶或單一用戶。 嵌入式系統(tǒng)一般要求高可靠性。在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，要求系統(tǒng)仍 然能夠正常工作還有許許多多嵌入式應(yīng)用要求實(shí)時功能，這就要求嵌入式操作系統(tǒng) ( e o s ) 具有實(shí)時處理能力。 嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn) 行的。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，便具有較長的生命周期。嵌入式系統(tǒng)中 的軟件一般都固化在存儲器中或閃存中，而不是存儲在磁盤等載體中 1 1 4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展 嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有3 0 多年的歷史，近幾年來，計算機(jī)、通信、消費(fèi) 電子的一體化趨勢日益明顯，嵌入式技術(shù)已成為一個研究熱點(diǎn)?？v觀嵌入式技術(shù)的發(fā) 展過程，大致經(jīng)歷四個階段唧 第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，具有與監(jiān)測、伺服、指 示設(shè)備相配合的功能。這類系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般 沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進(jìn)行直接控制這一階段系統(tǒng)的主要 特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接 口由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡單、價格低，以前在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但 是已經(jīng)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲的現(xiàn)代工業(yè)控制和新興信息家電等領(lǐng)域的 需求 第二階段是以嵌入式c p u 為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)主要 特點(diǎn)是：c p u 種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)達(dá)到一定 的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)化，用戶界面不夠友好。 第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系 統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好：操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高，并且 具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以 2 碩士論文基于 r 的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口a p i ，開發(fā)應(yīng)用程序較簡單；嵌入式應(yīng) 用軟件豐富。 第四階段是以i i i 【e r n 既為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。這是一個正在迅速發(fā)展的階段。目 前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于i n t e r a c t 之外，但隨著i n l 棚僦的發(fā)展以及i n t o n e r 技術(shù) 與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與i n t e r n v t 的結(jié)合將代表嵌入 式系統(tǒng)的未來。 1 1 5 嵌入式微處理器一a r m 從硬件方面來講，嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世 界嵌入式處理器的品種數(shù)量已經(jīng)超過了1 0 0 0 多種，流行體系結(jié)構(gòu)有3 0 多個，其中 8 0 5 1 體系占大多數(shù)。生產(chǎn)8 0 5 1 單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有2 0 多個，共3 5 0 多種衍生產(chǎn) 品，僅p h i l i p s 就有近1 0 0 種。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從6 4 k b 到2 5 6 k b ， 處理速度從0 i m i p s 到2 0 0 0 m i p s 1 0 。 本文研究的平臺是基于a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 公司的全球領(lǐng)先的1 6 3 2 位r i s c 微處理器a r m 處理器有三大特點(diǎn)：小體積、低功耗、低成本而高性能： 1 6 3 2 位雙指令集；全球眾多的合作伙伴。它已成為移動通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù) 字消費(fèi)嵌入式解決方案的r i s c 標(biāo)準(zhǔn)。 a r m 處理器目前有5 個系列產(chǎn)品：a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 、a r m l 0 和s e 圮u r c o r e 。 其中a r m 7 是低功耗的3 2 位核，最適合應(yīng)用于對價位和功耗敏感的產(chǎn)品，它又分為 應(yīng)用于實(shí)時環(huán)境的a r m 7 t d m i 、a r m t t d m i s ，以及適用于開發(fā)平臺的a r m 7 2 0 t 和適用于d s p 運(yùn)算及支持j a v a 的a r m t e j 等 a r m 7 系列微處理器具有如下特點(diǎn)【1 0 l ： ( 1 ) 具有嵌入式i c e - r t 邏輯，調(diào)試開發(fā)方便； c 2 ) 極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品； ( 3 ) 能夠提供0 9 m i p s m h z 的三級流水線結(jié)構(gòu)； ( 4 ) 代碼密度高并兼容1 6 位的t h u m b 指令集： ( 5 ) 對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括w m d o w sc e 、l i n u x 、p a l mo s 等； ( 6 ) 指令系統(tǒng)與a r m 9 系列、a r m g e 系列和a r m l 0 e 系列兼容，便于產(chǎn)品升級 換代； c 7 ) 主頻最高可達(dá)1 3 0 m i p s ，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用 a r m 7 系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、i n t e m e t 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制 解調(diào)器設(shè)備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用 碩士論文 蔫于刪的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 促進(jìn)了計算機(jī)控制走向成熟。首先，微處理器在提高計算能力的基礎(chǔ)上，大大降低了 計算機(jī)的硬件成本，縮小了計算機(jī)的體積，很多從事控制儀表和原來一直就從事工業(yè) 控制計算機(jī)的公司先后推出了新型控制系統(tǒng)。這一歷史時期較有代表性的就是1 9 7 5 年美國h o n e y w e l l 公司推出的世界上第一套d c s t d c - 2 0 0 0 。而隨后的2 0 年間，d c s 及其計算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟，得到了廣泛應(yīng)用，此時的d c s 已具有較豐富的軟件， 包括計算機(jī)系統(tǒng)軟件( 操作系統(tǒng)) 、組態(tài)軟件、控制軟件、操作站軟件以及其他輔助 軟件( 如通信軟件) 等 目前，全球知名的組態(tài)軟件廠商不足2 0 家，但前6 家占據(jù)了整個市場7 5 的份 額。它們分別是w o n d e r w a r e 、s i e m e n s 、i n t e l l u t i o n 、r o c k w e l l 、g ef a n u c 、c i t e c h l l 4 1 國內(nèi)有近1 0 家組態(tài)軟件公司，其中以組態(tài)王、力控為代表的組態(tài)軟件已取得了優(yōu)良 的業(yè)績。 很多新的技術(shù)不斷地被應(yīng)用到監(jiān)控組態(tài)軟件中，組態(tài)軟件裝機(jī)總量的提高會促進(jìn) 應(yīng)用予某些專業(yè)領(lǐng)域的專用版軟件的誕生，市場被自動地細(xì)分了為此，一種稱為“軟 總線”的技術(shù)被廣泛采用在這種體系結(jié)構(gòu)下，應(yīng)用軟件以中間件或插件的方式被 “安裝”在總線上，并支持熱插拔和即插即用。其優(yōu)點(diǎn)是：所有插件遵從同一標(biāo)準(zhǔn)， 且專用性強(qiáng)，每個插件開發(fā)人員之間不需要協(xié)調(diào)，一個插件出現(xiàn)故障不會影響其他插 件的運(yùn)行。x m l 技術(shù)將被組態(tài)軟件廠商菩加利用，以改變現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，它的推 廣也將改變現(xiàn)組態(tài)軟件的某些使用模式，滿足更為靈活的應(yīng)用需求【嘲此外，有的監(jiān) 控組態(tài)軟件可能在一個主站下連接許多智能型控制子站，這些子站有自己的本地數(shù)據(jù) 庫，有很強(qiáng)的控制功能，可通過網(wǎng)絡(luò)同主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換【塒。 1 2 4 嵌入式組態(tài)軟件 嵌入式組態(tài)軟件的產(chǎn)生是嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展的必然。微處理器技術(shù) 的發(fā)展，一方面使得處理器運(yùn)算速度不斷提高，另一方面使得控制系統(tǒng)硬件成本不斷 降低，過去要在控制室由中央主機(jī)承擔(dān)的控制功能現(xiàn)在可以安排到現(xiàn)場的嵌入式控制 器上，這樣大大提高了系統(tǒng)的可靠性。對于現(xiàn)場的嵌入式控制器人們希望也能提供友 好的人機(jī)界面，方便了解被控對象狀態(tài)并能根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的控制措施。這時， 部分技術(shù)人員想到了是否可以將傳統(tǒng)組態(tài)軟件技術(shù)應(yīng)用到嵌入式控制系統(tǒng)上。所謂嵌 入式組態(tài)軟件是相對傳統(tǒng)組態(tài)軟件而言，傳統(tǒng)組態(tài)軟件由于應(yīng)用環(huán)境不同，軟件多考 慮功能強(qiáng)大，故軟件開發(fā)、運(yùn)行所需的資源較大。嵌入式組態(tài)軟件則是運(yùn)行于以嵌入 式處理器為核心的硬件系統(tǒng)之上，相應(yīng)的支持軟件是嵌入式操作系統(tǒng)，因此嵌入式組 態(tài)軟件不能過于龐大，但又不能過多丟棄傳統(tǒng)組態(tài)軟件的功能 在過去的l o 年間，工業(yè)p c 及其相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控系統(tǒng)硬件的銷售一直保 持高速增長。工業(yè)p c 的成長是因?yàn)檐浖_發(fā)工具豐富，比較容易上手，而用戶接受 工業(yè)p c 的主要原因是一次性硬件成本的降低，但是后續(xù)的維護(hù)和升級費(fèi)用明顯高昂， s 碩士論文 基于 叫的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 經(jīng)常帶來一些間接的損失基于嵌入式組態(tài)軟件的工控產(chǎn)品可以有效地解決工業(yè)p c 監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率低、維護(hù)和升級難等問題，使工業(yè)p c 監(jiān)控系統(tǒng)大踏步地走入自 動化系統(tǒng)的高端市場。 1 3 課題的背景及研究的意義 1 3 1 嵌入式組態(tài)軟件開發(fā)現(xiàn)狀 目前國外的商用嵌入式組態(tài)軟件并不多。l n d u s o rw e bs t u d i o 生產(chǎn)的嵌入式 h m i s c a d a 軟件據(jù)說是市場上第一個可以運(yùn)行于w i n d o w sc e 上的，它可以運(yùn)行于 多種處理器上，如a r m ，m i p s ，m i p s f p ，s h 3 ，p o w e r p c ，t h u m b 等，而其它的 一些嵌入式組態(tài)軟件則只能運(yùn)行于有限的幾種處理器上p r o g e a 的m o v i c o nc e 則可 以在w m d o w sc e 下運(yùn)行。 2 0 0 2 年，中國工控界最大的一個熱點(diǎn)就是“嵌入式”目前中國的嵌入式格局 是有眾多的嵌入式硬件廠家，如研華、衍揚(yáng)、研祥的單板機(jī)、p c i 0 4 系列產(chǎn)品等：也 有比較多可選的嵌入式操作系統(tǒng)，如微軟的w m d o w sc e 、嵌入式n t 、l i n u x 、v x w o r k s 、 d e l t ao s 等；而眾多的嵌入式硬件、嵌入式操作系統(tǒng)并沒有讓嵌入式系統(tǒng)得到廣泛的 應(yīng)用真正原因是沒有一個方便用戶二次開發(fā)，又簡單可靠的嵌入式工具軟件平臺，即 缺少一種通用的嵌入式組態(tài)軟件 目前國內(nèi)的嵌入式組態(tài)軟件還相當(dāng)少，比較有影響的有北京昆侖通態(tài)的m c g s 嵌入式版和亞控公司的組態(tài)王嵌入式版m c g s 嵌入式版可以運(yùn)行在w m d o w sc e 、 d e l t ao s 和l i n u x 三種實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)上，流程圖組態(tài)功能強(qiáng)大，時間控制精度 達(dá)到毫秒裂1 6 1 。組態(tài)王嵌入式版具有功能強(qiáng)、速度快、容量小、穩(wěn)定性高、通信方便， 操作簡便等優(yōu)點(diǎn) 由于組態(tài)軟件對系統(tǒng)資源有一定的要求，所以以往基于單片機(jī)等嵌入式微處理器 的平臺制約了組態(tài)軟件的發(fā)展而隨著嵌入式微處理器性能的不斷提高，嵌入式系統(tǒng) 資源的不斷豐富，組態(tài)軟件將會在嵌入式平臺上得到更大的發(fā)展。 1 3 2 課題研究的意義 本課題來源于南京佳匯科技實(shí)業(yè)有限公司的實(shí)際產(chǎn)品項(xiàng)目：“電梯多媒體項(xiàng)目( 基 于a r m 7 微處理器平臺) ” 該項(xiàng)目要求建立一套完整的嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺，該平臺建構(gòu)于a r m 7 嵌 入式硬件系統(tǒng)上，包括嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)、現(xiàn)場總線通信軟件、a r m 7 平臺驅(qū)動程 序、嵌入式組態(tài)軟件等。 嵌入式組態(tài)軟件具有廣泛的應(yīng)用前景在嵌入式控制器、嵌入式智能終端、智能 儀表以及信息家電等方面均可使用嵌入式組態(tài)軟件進(jìn)行高效快速開發(fā)。然而目前國內(nèi) 外的嵌入式組態(tài)軟件還處于發(fā)展初期，成熟的產(chǎn)品還不多，離用戶對嵌入式組態(tài)軟件 6 碩士論文 基于 刪的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 的需求還有很大差距，因此研制嵌入式組態(tài)軟件具有重要的意義 1 4 本文的主要工作及特點(diǎn) 本文在對傳統(tǒng)組態(tài)軟件的體系結(jié)構(gòu)及功能分析的基礎(chǔ)上，給出了嵌入式組態(tài)軟件 設(shè)計時應(yīng)該注意的問題，并詳細(xì)地論述了如何在a r m 開發(fā)平臺上構(gòu)建一個嵌入式組 態(tài)軟件系統(tǒng)的設(shè)計思想及其實(shí)現(xiàn)，包括： ( 1 ) a r m 組態(tài)軟件的運(yùn)行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境規(guī)劃。 ( 2 ) a r m 組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境設(shè)計系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)接收 模塊、l c d 顯示模塊、u s b 通信模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、聲音播放模塊等五大功能模 塊的設(shè)計以及操作系統(tǒng)的選擇移植等問題 ( 3 ) a r m 組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境設(shè)計。開發(fā)環(huán)境中為用戶提供了友好的交互界面，使 用戶可以十分方便的生成各種配置文件 ( 4 ) 使用設(shè)計完成的組態(tài)系統(tǒng)完成數(shù)個產(chǎn)品項(xiàng)目的開發(fā)，并通過這些項(xiàng)目的使用 情況檢測所設(shè)計的組態(tài)系統(tǒng)的性能效果 為了提高本系統(tǒng)的性能，本文所實(shí)現(xiàn)的基于a r m 的組態(tài)軟件與其他嵌入式組態(tài) 軟件有所不同，有以下特點(diǎn)： ( 1 ) 所能實(shí)現(xiàn)的功能繁多，各功能模塊獨(dú)立性強(qiáng)，可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)裁減，包括 硬件上的裁減 ( 2 ) 操作系統(tǒng)采用了實(shí)時性較高的l ic o s i i ，保證了系統(tǒng)具有較高的實(shí)時性。 ( 3 ) 所有的組態(tài)配置文件采用x m l 文件管理，使得嵌入式組態(tài)軟件的現(xiàn)場組態(tài) 方便靈活。 碩士論文 基于棚的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 2a r m 組態(tài)軟件系統(tǒng)分析 嵌入式組態(tài)軟件是在傳統(tǒng)組態(tài)軟件基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，因此嵌入式組態(tài)軟件和傳 統(tǒng)組態(tài)軟件有著密不可分的聯(lián)系，同時，由于嵌入式組態(tài)軟件的應(yīng)用與傳統(tǒng)組態(tài)軟件 有很大的不同，嵌入式組態(tài)軟件也有其鮮明的特點(diǎn)。本章在介紹嵌入式組態(tài)軟件的軟、 硬件平臺的基礎(chǔ)上，將重點(diǎn)討論嵌入式組態(tài)軟件的功能，系統(tǒng)構(gòu)成、重要組件的設(shè)計 思想，以及在a r m 平臺上實(shí)現(xiàn)組態(tài)功能的特點(diǎn)。 2 1a r m 組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境 2 1 1 基于a r m 微處理器的硬件平臺 嵌入式硬件平臺是指由嵌入式微處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備和外圍電路組成 的專用計算機(jī)硬件系統(tǒng)。對于一個具體的嵌入式控制系統(tǒng)，用戶通常會根據(jù)不同的應(yīng) 用選擇不同的硬件平臺，如有的應(yīng)用對象簡單，可能只需要一個嵌入式微處理器，再 加上少量的外圍器件就可以。本文是要在高性能的3 2 位微處理器a r m 平臺上來研 究組態(tài)功能的實(shí)現(xiàn)，選用的芯片是a r m 7 系列的s 3 c 4 4 b o x ，前面已經(jīng)提到除了微 處理器，嵌入式硬件平臺還需要相應(yīng)的存儲器、輸入輸出設(shè)備、外圍電路等，這樣才 能構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，本文選用了優(yōu)龍公司的f s 4 4 b o x - i i 開發(fā)板作為的研究基礎(chǔ) s 3 c 4 4 b o x 通過在a r m 7 t d i v l i 內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)展一系列完整的通用外圍器件，使 系統(tǒng)費(fèi)用降至最低，消除了增加附加配置的需要。集成的片上功能描述如下【1 7 1 ： ( 1 ) 帶8 k b 緩存的2 5 v 靜態(tài)a r m 7 t d m ic p u 核； ( 2 ) 擴(kuò)展內(nèi)存控制器( f p f d o s d r a m 控制，片選邏輯) ； ( 3 ) 帶有一個專用d m a 通道的l c d 控制器； ( 4 ) 2 個通用d m a 通道，1 個帶外部請求管腳的d m a 通道； ( 5 ) 1 個多主機(jī)1 2 c 總線控制器； ( 6 ) 5 個p w m 定時器及1 個內(nèi)部定時器： ( 7 ) 看門狗定時器； ( 8 ) 7 1 個通用f o 口，8 個外部中斷源； ( 9 ) 能量控制模式：正常、低、休眠和停止； ( 1 0 ) s 個l o 位a d c ： ( 1 1 ) 帶p l l 的片上時鐘發(fā)生器。 f s 4 4 b o x - i i 開發(fā)板的硬件資源組成如下： ( 1 ) 中央處理器：s 3 c 4 4 b o x ( s a m s u n g ) ，a r m 7 t d m i ； ( 2 ) 外部存儲器：2 mb y t e sn o rf l a s h ， s 【 碩士論文基于刪的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 g mb y t e ss d r a m ， 1 6 m b y t e sn a n df l a s h ： ( 3 ) 一個1 0 m 網(wǎng)口； ( 4 ) 一個l c d 接口： ( 5 ) 一個u s bd e v i c e 、一個u s bh o s t ； 兩個標(biāo)準(zhǔn)三線r s 2 3 2 接口； 內(nèi)部實(shí)時時鐘； ( 8 ) 一個i d e 接口； ( 9 ) 一個音頻輸出； ( 1 0 ) 一個s m a r t m e d i a c a r d 接口； ( 1 1 ) 四個按鍵，四個l e d ) ( 1 2 ) 一個蜂鳴器； ( 1 3 ) 一個p s 2 接口； f s 4 4 b o x - i i 體系結(jié)構(gòu)參見圖2 1 圖2 1 基于a r m 徽處理器的嵌入式硬件平臺體系結(jié)構(gòu) 2 1 2 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式組態(tài)軟件得以正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，這是因?yàn)榍度胧浇M態(tài)軟 件的許多功能是靠操作系統(tǒng)來支撐的 一般情況下，嵌入式操作系統(tǒng)按實(shí)時性分為兩類：一類是應(yīng)用于控制、通訊等領(lǐng) 9 碩士論文基于 雕的組睿軟件的研究與應(yīng)用 域的強(qiáng)實(shí)時操作系統(tǒng)；另一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的弱實(shí)時操作系統(tǒng)，如個人數(shù)字助 理( p d a ) ，移動電話、機(jī)頂盒、電子書等 嵌入式操作系統(tǒng)是隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展而出現(xiàn)的，它是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到一定 階段的產(chǎn)物嵌入式操作系統(tǒng)的核心部分是實(shí)時多任務(wù)微內(nèi)核，它的基本功能包括任 務(wù)管理、定時器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊 列管理、旗語管理等，這些管理功能是通過內(nèi)核服務(wù)函數(shù)形式交給用戶調(diào)用的，也就 是嵌入式操作系統(tǒng)的a p i 。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)保證了嵌入式操作系統(tǒng)的小巧性、靈活性，提 高了操作系統(tǒng)支持多種芯片的能力，同時使操作系統(tǒng)對芯片具有良好的可移植性和兼 容性，為制造業(yè)廠商提供了更多的選擇機(jī)會 與通用操作系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)【1 瓤1 9 1 1 2 0 1 1 2 1 1 1 2 2 1 ： ( 1 ) 小巧。嵌入式系統(tǒng)所能提供的資源有限，所以嵌入式操作系統(tǒng)必須做到小巧 以滿足嵌入式系統(tǒng)硬件的限制。 ( 2 ) 實(shí)時性。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)工作在實(shí)時性要求很高的環(huán)境中，這就要求嵌入 式操作系統(tǒng)必須將實(shí)時性作為一個重要的方面來考慮。 ( 3 ) 可裁剪。由于嵌入式系統(tǒng)需要根據(jù)應(yīng)用的要求進(jìn)行裁剪，所以嵌入式操作系 統(tǒng)也必須能夠根據(jù)應(yīng)用的要求進(jìn)行裁剪，去掉多余的部分，或者簡化相應(yīng)的模塊。這 些特征在嵌入式系統(tǒng)的模塊劃分中必須事項(xiàng)考慮周全 ( 4 ) 固化代碼在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系 統(tǒng)計算機(jī)的r o m 中輔助存儲器在嵌入式系統(tǒng)中使用很少，因此，嵌入式操作系統(tǒng) 的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地裁剪，取而代之的是各種內(nèi)存文件系統(tǒng) ( 5 ) 弱交互性。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的工作過程不需要人的干預(yù)。嵌入式操作系統(tǒng) 的用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù) ( 6 ) 強(qiáng)穩(wěn)定性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要人過多的干預(yù)。在這種條件下， 要求負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的嵌入式操作系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。 ( 7 ) 統(tǒng)一的接1 ：3 隨著各種各樣的嵌入式操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，人們有必要為嵌入式 系統(tǒng)提供的接口進(jìn)行約定，從而為嵌入式應(yīng)用軟件的設(shè)計者提供統(tǒng)一的服務(wù)接口，為 嵌入式應(yīng)用軟件的運(yùn)行提供平臺的無關(guān)性。 2 2 嵌入式組態(tài)軟件分析 在組態(tài)軟件中，通過組態(tài)生成的一個目標(biāo)應(yīng)用項(xiàng)目在計算機(jī)硬盤中占據(jù)唯一的物 理空間( 邏輯空間) ，可以用唯一的一個名稱來標(biāo)識，就被稱為一個應(yīng)用程序在同 一計算機(jī)中可以存儲多個應(yīng)用程序，組態(tài)軟件通過應(yīng)用程序的名稱來訪問其他組態(tài)內(nèi) 容，打開其組態(tài)內(nèi)容進(jìn)行修改，或?qū)⑵鋺?yīng)用程序裝入計算機(jī)內(nèi)存投入實(shí)時運(yùn)行。 碩士論文 基于刪的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 2 2 1 嵌入式組態(tài)軟件的功能 嵌入式組態(tài)軟件同傳統(tǒng)組態(tài)軟件一樣，主要是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集，因而它同樣 會具有與傳統(tǒng)組態(tài)軟件大部分相同的功能嘲，具體如下： ( 1 ) 能夠?qū)崿F(xiàn)所監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。嵌入式組態(tài)軟件要求具有同現(xiàn)場設(shè)備通信 的能力，根據(jù)用戶的組態(tài)要求，定時或當(dāng)某一事件觸發(fā)時從設(shè)備獲取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫 入現(xiàn)場設(shè)備 ( 2 ) 能夠?qū)碜栽O(shè)備的數(shù)據(jù)同計算機(jī)圖形界面上的元素關(guān)聯(lián)起來。將設(shè)備數(shù)據(jù)和 圖形界面進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使用圖形動畫或可變化的文本等來顯示現(xiàn)場的數(shù)據(jù)變化，或通過 按鈕等將操作人員的命令下達(dá)到現(xiàn)場設(shè)備，這為操作人員提供了友好的人楓界面 ( 3 ) 能夠處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警。軟件能夠根據(jù)用戶的組態(tài)，對某些達(dá)到報警 限的過程變量或系統(tǒng)故障進(jìn)行報警處理，如實(shí)現(xiàn)語音報警，并能夠?qū)缶录M(jìn)行記 錄 ( 4 ) 能夠存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢。軟件提供一定時間段的過程數(shù)據(jù) 存儲能力，方便用戶進(jìn)行查詢，有助于分析被控對象的工作狀況 ( 5 ) 能夠?yàn)槭褂谜咛峁╈`活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求 ( 6 ) 能提供與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。一般情況下該功能是組態(tài)軟件 的可選項(xiàng)。 2 2 2 嵌入式組態(tài)軟件的構(gòu)成 根據(jù)組態(tài)軟件的使用階段的不同特性，可將嵌入式組態(tài)軟件劃分為如下兩部分： ( 1 ) 開發(fā)環(huán)境為用戶提供一個實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集設(shè)計的軟件平臺。在該平臺 上，用戶可以設(shè)置需要采集的數(shù)據(jù)類型，采集數(shù)據(jù)的周期；可以設(shè)計各種反映被控對 象工作狀態(tài)的圖形界面，并利用組態(tài)軟件提供的工具將數(shù)據(jù)和圖形等建立連接以反映 所監(jiān)控數(shù)據(jù)的變化；用戶所作的組態(tài)軟件會生成一系列配置文件，供運(yùn)行系統(tǒng)在運(yùn)行 環(huán)境使用一般情況下，嵌入式組態(tài)開發(fā)環(huán)境提供圖形界面設(shè)計程序、數(shù)據(jù)庫定義程 序等。 ( 2 ) 運(yùn)行環(huán)境。在操作系統(tǒng)的支持下，組態(tài)運(yùn)行程序?qū)﹂_發(fā)環(huán)境中生成的配置文 件進(jìn)行解析，在運(yùn)行時生成實(shí)時數(shù)據(jù)庫，周而復(fù)始地執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，響應(yīng)用戶的控制 請求，維護(hù)圖形界面與實(shí)時數(shù)據(jù)庫、被控對象之間的數(shù)據(jù)流動一般情況下，嵌入式 組態(tài)運(yùn)行環(huán)境提供圖形運(yùn)行程序、實(shí)時數(shù)據(jù)庫運(yùn)行程序等。 自動化工程設(shè)計工程師最先接觸的一定是系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，通過一定工作量的系統(tǒng) 組態(tài)和調(diào)試，最終將目標(biāo)應(yīng)用程序在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境投入實(shí)時運(yùn)行，完成一個項(xiàng)目 組態(tài)軟件因?yàn)槠涔δ軓?qiáng)大，而每個功能相對來說又具有一定的獨(dú)立性，因此其組 成形式是一個集成軟件平臺，由若干程序組件構(gòu)成。組態(tài)軟件具有如下6 個典型組件 碩士論文基于 刪的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 【1 3 l ： ( 1 ) 應(yīng)用程序管理器應(yīng)用程序管理器是提供應(yīng)用程序的搜索、備份、解壓縮、 建立新應(yīng)用等功能的專用管理工具。在自動化工程設(shè)計工程師應(yīng)用組態(tài)軟件進(jìn)行工程 設(shè)計時，經(jīng)常會遇到下面一些煩惱：經(jīng)常要進(jìn)行組態(tài)數(shù)據(jù)的備份；經(jīng)常需要引用以往 成功應(yīng)用項(xiàng)目中的部分組態(tài)成果( 如畫面) ：經(jīng)常需要迅速了解計算機(jī)中保存了哪些 應(yīng)用項(xiàng)目雖然這些要求可以用手工方式實(shí)現(xiàn)，但效率低下，極易出錯。有了應(yīng)用程 序管理器的支持，這些操作將變得非常簡單。 ( 2 ) 圖形界面開發(fā)程序?yàn)橛脩籼峁┮粋€圖形編輯界面，用戶可用程序提供的各 種基本圖形元素，如直線、矩形、文本等設(shè)計其控制方案的人機(jī)喬面在該程序中， 用戶還可調(diào)用其他組態(tài)應(yīng)用程序，如實(shí)時數(shù)據(jù)庫配置程序，對圖形界面中的圖形元素 進(jìn)行變量關(guān)聯(lián)。該程序最終生成圖形界面配置文件，供圖形運(yùn)行環(huán)境使用。 ( 3 ) 圖形界面運(yùn)行程序。系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行模式后。該程序啟動它將以圖形界面開 發(fā)程序生成的配置文件為依據(jù)生成用戶所需的人機(jī)界面，能從實(shí)時數(shù)據(jù)庫獲取所監(jiān)視 的變量，并在界面上進(jìn)行顯示 ( 4 ) 實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序。為用戶提供一個特殊的數(shù)據(jù)庫設(shè)計界面。在該程 序下，用戶除了可以設(shè)置數(shù)據(jù)的變量名、類型等常規(guī)選項(xiàng)外，還可以設(shè)置數(shù)據(jù)的來源， 對于某些工程數(shù)據(jù)還可以設(shè)置采樣時間，數(shù)據(jù)初步處理的方式( 是否對數(shù)據(jù)進(jìn)行線形 化等) 該程序最終會生成實(shí)時數(shù)據(jù)庫配置文件，供數(shù)據(jù)庫運(yùn)行程序使用。 ( 5 ) 實(shí)時數(shù)據(jù)庫運(yùn)行程序系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，該程序啟動它將以實(shí)時數(shù)據(jù) 庫組態(tài)程序生成的配置文件為依據(jù)，在計算機(jī)內(nèi)存中生成核心數(shù)據(jù)庫，并不斷按采樣 時間或觸發(fā)時間刷新數(shù)據(jù)。該程序還提供歷史數(shù)據(jù)的查詢、檢索以及監(jiān)視數(shù)據(jù)變化、 處理報警事件等 ( 6 ) i 0 驅(qū)動程序是嵌入式組態(tài)軟件中的重要組成部分，該程序屏蔽不同硬件之 間的差別，為實(shí)時數(shù)據(jù)庫運(yùn)行程序提供數(shù)據(jù)采集、輸出接口對于傳統(tǒng)組態(tài)軟件，該 部分可以使用d d e 和o p c 等方式，對于嵌入式組態(tài)軟件，受嵌入式操作系統(tǒng)( 一般 的嵌入式操作系統(tǒng)都不支持o p c 規(guī)范) 和硬件資源的限制( 嵌入式存儲器成本很高， 程序應(yīng)做得盡量精簡) ，許多i o 驅(qū)動程序需要開發(fā)者自行設(shè)計。 為了擴(kuò)展嵌入式組態(tài)軟件的功能，還有一些可選組件如通用數(shù)據(jù)庫接口組態(tài)程 序、控制方案編輯組態(tài)程序、實(shí)用通信程序組件等等，在這就不在敘述了 2 2 3 嵌入式組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)流 組態(tài)軟件通過i o 驅(qū)動程序從現(xiàn)場i o 設(shè)備獲得實(shí)時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加 工后，一方面以圖形方式直觀地顯示在計算機(jī)屏幕上；另一方面按照組態(tài)要求和操作 人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給i o 設(shè)備，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù) 對已經(jīng)組態(tài)歷史趨勢的變量存儲歷史數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)檢索請求給予響應(yīng)。當(dāng)發(fā) 1 2 碩士論文基于 州的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 生報警時及時將報警以聲音、圖像方式通知給操作人員，并記錄報警的歷史信息，以 備檢索圖2 2 直觀的表示出了組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)處理流程剴 圖2 j 2 組態(tài)軟件的敷據(jù)流處理 在圖中可以看出，實(shí)時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件的核心和引擎，歷史數(shù)據(jù)的存儲與檢索、 報警處理與存儲、數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)冗余控制、i o 數(shù)據(jù)連接都是由實(shí)時數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)完成的。圖形界面系統(tǒng)、f o 驅(qū)動程序等組件以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為核心，通過高效的 內(nèi)部協(xié)議相互通信，共享數(shù)據(jù)。 2 3 嵌入式組態(tài)軟件主要組件設(shè)計思想 在多任務(wù)環(huán)境下，由于操作系統(tǒng)直接支持多任務(wù)，組態(tài)軟件的性能得到了全面加 強(qiáng)。因此組態(tài)軟件一般都由若干組件構(gòu)成，而且組件的數(shù)量在不斷增長，功能不斷加 強(qiáng)。各組態(tài)軟件普遍使用了“面向?qū)ο蟆? o b j e c to r i e n t e d ) 的編程和設(shè)計方法，使 軟件更加易于學(xué)習(xí)和掌握，功能也更強(qiáng)大。 一般的組態(tài)軟件都由下列組件組成：圖形界面系統(tǒng)、實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程 序接口組件、控制功能組件。下面將分別討論每一類組件的設(shè)計思想 2 3 1 圖形界面系統(tǒng) 圖形界面系統(tǒng)作為嵌入式組態(tài)軟件中用戶直接面對的模塊，起著系統(tǒng)同用戶之間 溝通橋梁的作用。用戶從界面上了解控制過程的狀態(tài)，也可以從界面直接給現(xiàn)場設(shè)備 下達(dá)控制指令。對圖形界面一般應(yīng)提供如下功能 2 s 2 6 1 1 2 7 1 ： 頸士論文基于棚的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 基本圖元 包括直線、矩形、文本等。用戶可以方便的利用這些基本圖元進(jìn)行界面設(shè)計，并 能設(shè)置這些基本圖元屬性，如顏色、幾何尺寸等。 動畫連接 動畫連接建立畫面中圖形對象與數(shù)據(jù)變量或表達(dá)式的對應(yīng)關(guān)系在組態(tài)運(yùn)行環(huán)境 下，當(dāng)圖形界面運(yùn)行程序啟動后將組態(tài)數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存，圖形對象的動畫屬性可以根據(jù) 變量或表達(dá)式的變化，按動畫連接的要求進(jìn)行改變。 腳本程序 為用戶提供了一個類c 語言編程工具，用戶可以用它來編寫一定長度的程序代 碼，以完成某些特殊控制要求。腳本程序要求能夠提供一定數(shù)量的函數(shù)和邏輯、算術(shù) 運(yùn)算符，方便用戶編程。系統(tǒng)應(yīng)支持多種腳本執(zhí)行的方法，如時間觸發(fā)、事件觸發(fā)等 報警 報警是過程變量的數(shù)值超出正常范圍時的特殊狀態(tài)。用戶在圖形界面設(shè)計模式下 組態(tài)報警對象。組態(tài)軟件在運(yùn)行時，報警對象可根據(jù)用戶的配置信息，不斷監(jiān)測需報 警的數(shù)據(jù)或事件，一旦有報警發(fā)生就會自動顯示按照報警的記錄形式可以將報警劃 分成實(shí)時報警和歷史報警；按照報警產(chǎn)生的根源可以將報警劃分為過程報警和系統(tǒng)報 警。 趨勢 趨勢一般包括實(shí)時趨勢和歷史趨勢。實(shí)時趨勢是變量或表達(dá)式隨時間變化所繪出 的二維曲線。實(shí)時趨勢所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來自內(nèi)存，不會保存在磁盤上，因而不能按時間 翻頁瀏覽。歷史趨勢是變量指在過去一段時間隨時間變化所繪出的二維曲線。歷史趨 勢所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來自內(nèi)存或磁盤，時間跨度較大，可支持按時間翻頁瀏覽 2 3 2 實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ( 1 ) 實(shí)時數(shù)據(jù)庫定義 目前，關(guān)于實(shí)時數(shù)據(jù)庫( r t d b ) 的模型尚未有統(tǒng)一的定義對于實(shí)時數(shù)據(jù)庫的 基本術(shù)語，不同的系統(tǒng)定義不盡相同但歸納起來無非有兩種：廣義定義和狹義定義 跚。廣義定義將數(shù)據(jù)定義為時間的函數(shù)，即與時間有一一對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)稱為實(shí)時數(shù) 據(jù)，而相應(yīng)存儲廣義實(shí)時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫稱為實(shí)時數(shù)據(jù)庫；狹義定義將發(fā)生在現(xiàn)場的即 時數(shù)據(jù)稱為實(shí)時數(shù)據(jù)，因而狹義定義有實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫之分由于基本定義 不同，對數(shù)據(jù)的存儲和處理有很大不同。前者可能將實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理， 后者將實(shí)時數(shù)據(jù)和非實(shí)時數(shù)據(jù)嚴(yán)格區(qū)分，分別存儲和處理。本文將按照廣義定義來處 理。 ( 2 ) 實(shí)時數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn) 通常實(shí)時數(shù)據(jù)庫具有如下特點(diǎn)： 1 4 碩士論文 基于 雕的組態(tài)軟件的研究與應(yīng)用 數(shù)據(jù)與時間相關(guān) 數(shù)據(jù)的值隨時間而變化。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是對其所面向“客觀世界”中對象狀態(tài) 的描述，對象狀態(tài)發(fā)生變化則引起數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)數(shù)據(jù)值的變化，因而與數(shù)據(jù)值變化相 聯(lián)的時間可以是現(xiàn)實(shí)對象狀態(tài)的實(shí)際時間，稱為。真實(shí)”或“事件”時間( 現(xiàn)實(shí)對象 狀態(tài)變化的事件發(fā)生時間) ；也可以是將現(xiàn)實(shí)對象變化的狀態(tài)記錄到數(shù)據(jù)庫，即數(shù)據(jù) 庫中相應(yīng)數(shù)據(jù)值變化的時間，稱為“事物時間”( 任何對數(shù)據(jù)庫的操作都必須通過一 個事物進(jìn)行) 。實(shí)時數(shù)據(jù)的導(dǎo)出也是實(shí)時數(shù)據(jù)，與之相聯(lián)的時間