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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(jì)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(lái)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(lèi)似于組態(tài)軟件的應(yīng)用程序來(lái)快速、高 效、方便地開(kāi)發(fā)適應(yīng)各種場(chǎng)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(shì),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(tái)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(duì)嵌入式組態(tài)軟件的主要組件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論,并在 此基礎(chǔ)上分析了基于a r m 平臺(tái)組態(tài)軟件的特點(diǎn)?;诜治龅慕Y(jié)果,本文提出了在 a r m 平臺(tái)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(kāi)發(fā)環(huán)境的具體設(shè)計(jì) 在運(yùn)行環(huán)境中主要設(shè)計(jì)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(lái)設(shè)計(jì) 的。 最后,利用基于a r m 平臺(tái)的組態(tài)軟件完成了電梯多功能液晶屏等數(shù)個(gè)產(chǎn)品項(xiàng)目, 通過(guò)這幾個(gè)應(yīng)用案例表明所設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(guó)國(guó)際電梯展 上展出,并獲得好評(píng);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(guò)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(guò)的材料。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說(shuō)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?jī)?nèi)容,可以向有關(guān)部門(mén)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?jī)?nèi)容。對(duì) 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?cè)谌粘I钪锌梢钥吹降募译姰a(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(mén)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(jì)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(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng) 是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個(gè)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(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知 識(shí)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(lèi)特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),自底向上包括3 個(gè)部分 2 1 : ( 1 ) 硬件環(huán)境。是整個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行的硬件平臺(tái),不同的應(yīng)用 通常有不同的硬件環(huán)境。硬件平臺(tái)的多樣性是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)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(gè)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(gè)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(chǔ)設(shè)各( 如f l a s hc a r d ) 、i o 設(shè)備( 如鍵 盤(pán)、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(jiǎn)、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(duì)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(kāi)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(jì)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(jì)算機(jī)不同,嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)具體應(yīng)用的專(zhuān)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(jì),量體裁衣去除冗余,力爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)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(gè)半導(dǎo)體廠商之間競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)嵌入式處理器針 對(duì)用戶的具體需求,對(duì)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(shí)還會(huì) 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(shí)功能,這就要求嵌入式操作系統(tǒng) ( e o s ) 具有實(shí)時(shí)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(jí)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(chǎng),便具有較長(zhǎng)的生命周期。嵌入式系統(tǒng)中 的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器中或閃存中,而不是存儲(chǔ)在磁盤(pán)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(lái),計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi) 電子的一體化趨勢(shì)日益明顯,嵌入式技術(shù)已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。縱觀嵌入式技術(shù)的發(fā) 展過(guò)程,大致經(jīng)歷四個(gè)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(cè)、伺服、指 示設(shè)備相配合的功能。這類(lèi)系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中,一般 沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持,通過(guò)匯編語(yǔ)言編程對(duì)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(duì)單一,處理效率較低,存儲(chǔ)容量較小,幾乎沒(méi)有用戶接 口由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低,以前在國(guó)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(chǔ)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(jiǎn)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(lèi)繁多,通用性比較弱;系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)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(zhuān)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(lèi)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(kāi)發(fā)應(yīng)用程序較簡(jiǎn)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(gè)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(lái)。 1 1 5 嵌入式微處理器一a r m 從硬件方面來(lái)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(jì),全世 界嵌入式處理器的品種數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了1 0 0 0 多種,流行體系結(jié)構(gòu)有3 0 多個(gè),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(gè),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(tái)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(dòng)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(gè)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(duì)價(jià)位和功耗敏感的產(chǎn)品,它又分為 應(yīng)用于實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)平臺(tái)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(kāi)發(fā)方便; c 2 ) 極低的功耗,適合對(duì)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(jí)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(duì)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(jí) 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(dòng)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(jì)算機(jī)控制走向成熟。首先,微處理器在提高計(jì)算能力的基礎(chǔ)上,大大降低了 計(jì)算機(jī)的硬件成本,縮小了計(jì)算機(jī)的體積,很多從事控制儀表和原來(lái)一直就從事工業(yè) 控制計(jì)算機(jī)的公司先后推出了新型控制系統(tǒng)。這一歷史時(shí)期較有代表性的就是1 9 7 5 年美國(guó)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟,得到了廣泛應(yīng)用,此時(shí)的d c s 已具有較豐富的軟件, 包括計(jì)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(gè)市場(chǎng)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(guó)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(jī)。 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(huì)促進(jìn) 應(yīng)用予某些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)用版軟件的誕生,市場(chǎng)被自動(dòng)地細(xì)分了為此,一種稱(chēng)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(zhuān)用性強(qiáng),每個(gè)插件開(kāi)發(fā)人員之間不需要協(xié)調(diào),一個(gè)插件出現(xiàn)故障不會(huì)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(gè)主站下連接許多智能型控制子站,這些子站有自己的本地?cái)?shù)據(jù) 庫(kù),有很強(qiáng)的控制功能,可通過(guò)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(guò)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(chǎng)的嵌入式控制 器上,這樣大大提高了系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(shí), 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(duì)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(kāi)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(guò)于龐大,但又不能過(guò)多丟棄傳統(tǒng)組態(tài)軟件的功能 在過(guò)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(xiāo)售一直保 持高速增長(zhǎng)。工業(yè)p c 的成長(zhǎng)是因?yàn)檐浖_(kāi)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(jí)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(lái)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(jí)難等問(wèn)題,使工業(yè)p c 監(jiān)控系統(tǒng)大踏步地走入自 動(dòng)化系統(tǒng)的高端市場(chǎng)。 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(kāi)發(fā)現(xiàn)狀 目前國(guó)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(shuō)是市場(chǎng)上第一個(gè)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(guó)工控界最大的一個(gè)熱點(diǎn)就是“嵌入式”目前中國(guó)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(méi)有讓嵌入式系統(tǒng)得到廣泛的 應(yīng)用真正原因是沒(méi)有一個(gè)方便用戶二次開(kāi)發(fā),又簡(jiǎn)單可靠的嵌入式工具軟件平臺(tái),即 缺少一種通用的嵌入式組態(tài)軟件 目前國(guó)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(shí)嵌入式操作系統(tǒng)上,流程圖組態(tài)功能強(qiáng)大,時(shí)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(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn) 由于組態(tài)軟件對(duì)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(tái)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(huì)在嵌入式平臺(tái)上得到更大的發(fā)展。 1 3 2 課題研究的意義 本課題來(lái)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(tái)) ” 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(tái),該平臺(tái)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(shí)操作系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線通信軟件、a r m 7 平臺(tái)驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)。然而目前國(guó)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(duì)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(duì)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(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題,并詳細(xì)地論述了如何在a r m 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上構(gòu)建一個(gè)嵌入式組 態(tài)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(kāi)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(jì)系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)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(jì)以及操作系統(tǒng)的選擇移植等問(wèn)題 ( 3 ) a r m 組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)。開(kāi)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(jì)完成的組態(tài)系統(tǒng)完成數(shù)個(gè)產(chǎn)品項(xiàng)目的開(kāi)發(fā),并通過(guò)這些項(xiàng)目的使用 情況檢測(cè)所設(shè)計(jì)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(shí)性較高的l ic o s i i ,保證了系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)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(chǎng)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(lái)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(shí),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(tái)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(jì) 思想,以及在a r m 平臺(tái)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(tái) 嵌入式硬件平臺(tái)是指由嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備和外圍電路組成 的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)具體的嵌入式控制系統(tǒng),用戶通常會(huì)根據(jù)不同的應(yīng) 用選擇不同的硬件平臺(tái),如有的應(yīng)用對(duì)象簡(jiǎn)單,可能只需要一個(gè)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(tái)上來(lái)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(tái)還需要相應(yīng)的存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備、外圍電路等,這樣才 能構(gòu)成一個(gè)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(kāi)發(fā)板作為的研究基礎(chǔ) s 3 c 4 4 b o x 通過(guò)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(gè)專(zhuān)用d m a 通道的l c d 控制器; ( 4 ) 2 個(gè)通用d m a 通道,1 個(gè)帶外部請(qǐng)求管腳的d m a 通道; ( 5 ) 1 個(gè)多主機(jī)1 2 c 總線控制器; ( 6 ) 5 個(gè)p w m 定時(shí)器及1 個(gè)內(nèi)部定時(shí)器: ( 7 ) 看門(mén)狗定時(shí)器; ( 8 ) 7 1 個(gè)通用f o 口,8 個(gè)外部中斷源; ( 9 ) 能量控制模式:正常、低、休眠和停止; ( 1 0 ) s 個(gè)l o 位a d c : ( 1 1 ) 帶p l l 的片上時(shí)鐘發(fā)生器。 f s 4 4 b o x - i i 開(kāi)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(chǔ)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(gè)1 0 m 網(wǎng)口; ( 4 ) 一個(gè)l c d 接口: ( 5 ) 一個(gè)u s bd e v i c e 、一個(gè)u s bh o s t ; 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三線r s 2 3 2 接口; 內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘; ( 8 ) 一個(gè)i d e 接口; ( 9 ) 一個(gè)音頻輸出; ( 1 0 ) 一個(gè)s m a r t m e d i a c a r d 接口; ( 1 1 ) 四個(gè)按鍵,四個(gè)l e d ) ( 1 2 ) 一個(gè)蜂鳴器; ( 1 3 ) 一個(gè)p s 2 接口; f s 4 4 b o x - i i 體系結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2 1 圖2 1 基于a r m 徽處理器的嵌入式硬件平臺(tái)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(lái)支撐的 一般情況下,嵌入式操作系統(tǒng)按實(shí)時(shí)性分為兩類(lèi):一類(lèi)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(shí)操作系統(tǒng);另一類(lèi)是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的弱實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),如個(gè)人數(shù)字助 理( p d a ) ,移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、電子書(shū)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(shí)多任務(wù)微內(nèi)核,它的基本功能包括任 務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲(chǔ)器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì) 列管理、旗語(yǔ)管理等,這些管理功能是通過(guò)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(shí)使操作系統(tǒng)對(duì)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(huì) 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(shí)性。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)工作在實(shí)時(shí)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(shí)性作為一個(gè)重要的方面來(lái)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(jiǎn)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(jì)算機(jī)的r o m 中輔助存儲(chǔ)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(guò)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(guò)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(kāi)始運(yùn)行就不需要人過(guò)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(jì)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(tái)的無(wú)關(guān)性。 2 2 嵌入式組態(tài)軟件分析 在組態(tài)軟件中,通過(guò)組態(tài)生成的一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用項(xiàng)目在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)中占據(jù)唯一的物 理空間( 邏輯空間) ,可以用唯一的一個(gè)名稱(chēng)來(lái)標(biāo)識(shí),就被稱(chēng)為一個(gè)應(yīng)用程序在同 一計(jì)算機(jī)中可以存儲(chǔ)多個(gè)應(yīng)用程序,組態(tài)軟件通過(guò)應(yīng)用程序的名稱(chēng)來(lái)訪問(wèn)其他組態(tài)內(nèi) 容,打開(kāi)其組態(tài)內(nèi)容進(jìn)行修改,或?qū)⑵鋺?yīng)用程序裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存投入實(shí)時(shí)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(huì)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(chǎng)設(shè)備通信 的能力,根據(jù)用戶的組態(tài)要求,定時(shí)或當(dāng)某一事件觸發(fā)時(shí)從設(shè)備獲取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫(xiě) 入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 ( 2 ) 能夠?qū)?lái)自設(shè)備的數(shù)據(jù)同計(jì)算機(jī)圖形界面上的元素關(guān)聯(lián)起來(lái)。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(dòng)畫(huà)或可變化的文本等來(lái)顯示現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)變化,或通過(guò) 按鈕等將操作人員的命令下達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)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(bào)警及系統(tǒng)報(bào)警。軟件能夠根據(jù)用戶的組態(tài),對(duì)某些達(dá)到報(bào)警 限的過(guò)程變量或系統(tǒng)故障進(jìn)行報(bào)警處理,如實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警,并能夠?qū)?bào)警事件進(jìn)行記 錄 ( 4 ) 能夠存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)。軟件提供一定時(shí)間段的過(guò)程數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)能力,方便用戶進(jìn)行查詢(xún),有助于分析被控對(duì)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(kāi)發(fā)環(huán)境為用戶提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)。在該平臺(tái) 上,用戶可以設(shè)置需要采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型,采集數(shù)據(jù)的周期;可以設(shè)計(jì)各種反映被控對(duì) 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?cái)?shù)據(jù)的變化;用戶所作的組態(tài)軟件會(huì)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(kāi)發(fā)環(huán)境提供圖形界面設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)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)﹂_(kāi)發(fā)環(huán)境中生成的配置文 件進(jìn)行解析,在運(yùn)行時(shí)生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),周而復(fù)始地執(zhí)行數(shù)據(jù)采集,響應(yīng)用戶的控制 請(qǐng)求,維護(hù)圖形界面與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序等。 自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)工程師最先接觸的一定是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境,通過(guò)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(shí)運(yùn)行,完成一個(gè)項(xiàng)目 組態(tài)軟件因?yàn)槠涔δ軓?qiáng)大,而每個(gè)功能相對(duì)來(lái)說(shuō)又具有一定的獨(dú)立性,因此其組 成形式是一個(gè)集成軟件平臺(tái),由若干程序組件構(gòu)成。組態(tài)軟件具有如下6 個(gè)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(zhuān)用管理工具。在自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)工程師應(yīng)用組態(tài)軟件進(jìn)行工程 設(shè)計(jì)時(shí),經(jīng)常會(huì)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(huà)面) :經(jīng)常需要迅速了解計(jì)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(cuò)。有了應(yīng)用程 序管理器的支持,這些操作將變得非常簡(jiǎn)單。 ( 2 ) 圖形界面開(kāi)發(fā)程序?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)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(jì)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)配置程序,對(duì)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(dòng)它將以圖形界面開(kāi) 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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取所監(jiān)視 的變量,并在界面上進(jìn)行顯示 ( 4 ) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組態(tài)程序。為用戶提供一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)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(lèi)型等常規(guī)選項(xiàng)外,還可以設(shè)置數(shù)據(jù)的來(lái)源, 對(duì)于某些工程數(shù)據(jù)還可以設(shè)置采樣時(shí)間,數(shù)據(jù)初步處理的方式( 是否對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線形 化等) 該程序最終會(huì)生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)配置文件,供數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序使用。 ( 5 ) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后,該程序啟動(dòng)它將以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 庫(kù)組態(tài)程序生成的配置文件為依據(jù),在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中生成核心數(shù)據(jù)庫(kù),并不斷按采樣 時(shí)間或觸發(fā)時(shí)間刷新數(shù)據(jù)。該程序還提供歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)、檢索以及監(jiān)視數(shù)據(jù)變化、 處理報(bào)警事件等 ( 6 ) i 0 驅(qū)動(dòng)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序提供數(shù)據(jù)采集、輸出接口對(duì)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(duì)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(chǔ)器成本很高, 程序應(yīng)做得盡量精簡(jiǎn)) ,許多i o 驅(qū)動(dòng)程序需要開(kāi)發(fā)者自行設(shè)計(jì)。 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(kù)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(guò)i o 驅(qū)動(dòng)程序從現(xiàn)場(chǎng)i o 設(shè)備獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),對(duì)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(jì)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(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù) 對(duì)已經(jīng)組態(tài)歷史趨勢(shì)的變量存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù),對(duì)歷史數(shù)據(jù)檢索請(qǐng)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(bào)警時(shí)及時(shí)將報(bào)警以聲音、圖像方式通知給操作人員,并記錄報(bào)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)軟件的核心和引擎,歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與檢索、 報(bào)警處理與存儲(chǔ)、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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 系統(tǒng)完成的。圖形界面系統(tǒng)、f o 驅(qū)動(dòng)程序等組件以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心,通過(guò)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(jì)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(zhǎng),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(jì)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(lèi)組件的設(shè)計(jì)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(duì)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(guò)程的狀態(tài),也可以從界面直接給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 下達(dá)控制指令。對(duì)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(jì),并 能設(shè)置這些基本圖元屬性,如顏色、幾何尺寸等。 動(dòng)畫(huà)連接 動(dòng)畫(huà)連接建立畫(huà)面中圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)變量或表達(dá)式的對(duì)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(dòng)后將組態(tài)數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存,圖形對(duì)象的動(dòng)畫(huà)屬性可以根據(jù) 變量或表達(dá)式的變化,按動(dòng)畫(huà)連接的要求進(jìn)行改變。 腳本程序 為用戶提供了一個(gè)類(lèi)c 語(yǔ)言編程工具,用戶可以用它來(lái)編寫(xiě)一定長(zhǎng)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(shí)間觸發(fā)、事件觸發(fā)等 報(bào)警 報(bào)警是過(guò)程變量的數(shù)值超出正常范圍時(shí)的特殊狀態(tài)。用戶在圖形界面設(shè)計(jì)模式下 組態(tài)報(bào)警對(duì)象。組態(tài)軟件在運(yùn)行時(shí),報(bào)警對(duì)象可根據(jù)用戶的配置信息,不斷監(jiān)測(cè)需報(bào) 警的數(shù)據(jù)或事件,一旦有報(bào)警發(fā)生就會(huì)自動(dòng)顯示按照?qǐng)?bào)警的記錄形式可以將報(bào)警劃 分成實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警;按照?qǐng)?bào)警產(chǎn)生的根源可以將報(bào)警劃分為過(guò)程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào) 警。 趨勢(shì) 趨勢(shì)一般包括實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)。實(shí)時(shí)趨勢(shì)是變量或表達(dá)式隨時(shí)間變化所繪出 的二維曲線。實(shí)時(shí)趨勢(shì)所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來(lái)自?xún)?nèi)存,不會(huì)保存在磁盤(pán)上,因而不能按時(shí)間 翻頁(yè)瀏覽。歷史趨勢(shì)是變量指在過(guò)去一段時(shí)間隨時(shí)間變化所繪出的二維曲線。歷史趨 勢(shì)所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來(lái)自?xún)?nèi)存或磁盤(pán),時(shí)間跨度較大,可支持按時(shí)間翻頁(yè)瀏覽 2 3 2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) ( 1 ) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)定義 目前,關(guān)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)( r t d b ) 的模型尚未有統(tǒng)一的定義對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的 基本術(shù)語(yǔ),不同的系統(tǒng)定義不盡相同但歸納起來(lái)無(wú)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(shí)間的函數(shù),即與時(shí)間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)稱(chēng)為實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù),而相應(yīng)存儲(chǔ)廣義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)稱(chēng)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù);狹義定義將發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)的即 時(shí)數(shù)據(jù)稱(chēng)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),因而狹義定義有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)之分由于基本定義 不同,對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理有很大不同。前者可能將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理, 后者將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)嚴(yán)格區(qū)分,分別存儲(chǔ)和處理。本文將按照廣義定義來(lái)處 理。 ( 2 ) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn) 通常實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)間相關(guān) 數(shù)據(jù)的值隨時(shí)間而變化。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是對(duì)其所面向“客觀世界”中對(duì)象狀態(tài) 的描述,對(duì)象狀態(tài)發(fā)生變化則引起數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)間可以是現(xiàn)實(shí)對(duì)象狀態(tài)的實(shí)際時(shí)間,稱(chēng)為。真實(shí)”或“事件”時(shí)間( 現(xiàn)實(shí)對(duì)象 狀態(tài)變化的事件發(fā)生時(shí)間) ;也可以是將現(xiàn)實(shí)對(duì)象變化的狀態(tài)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù),即數(shù)據(jù) 庫(kù)中相應(yīng)數(shù)據(jù)值變化的時(shí)間,稱(chēng)為“事物時(shí)間”( 任何對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作都必須通過(guò)一 個(gè)事物進(jìn)行) 。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出也是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),與之相聯(lián)的時(shí)間
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