1 引言
　　　　組態(tài)軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用于提供了連接計(jì)算機(jī)硬件的軟件接口，在裝入后成為操作系統(tǒng)內(nèi)核的—部分，也就是說(shuō)它成為操作系統(tǒng)的信任部分。因此，任何設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的細(xì)小錯(cuò)誤都可能引起操作系統(tǒng)的崩潰，要避免這樣的事情發(fā)生，只有反復(fù)測(cè)試所寫(xiě)的代碼，遵循編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的規(guī)則。
　　　　zui簡(jiǎn)單的方法是購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)直接處理我們的設(shè)備，但這樣的驅(qū)動(dòng)程序存在連接與嵌入錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。另外，可以通過(guò)修改各種商業(yè)通用驅(qū)動(dòng)程序與許多簡(jiǎn)單的設(shè)備打交道。如果自己編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的話，盡量使用某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的總線驅(qū)動(dòng)程序或者類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序，因?yàn)樗鼈兺ǔ?shí)現(xiàn)了我們所需要的大量功能。如果設(shè)備只有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的用途，則為它編寫(xiě)一個(gè)單一驅(qū)動(dòng)程序來(lái)處理所有設(shè)備的請(qǐng)求可能是zui簡(jiǎn)單的解決方案。
　　　　三維力控組態(tài)軟件提供了力控I/O驅(qū)動(dòng)程序接口軟件開(kāi)發(fā)工具包FIOS SDK，F(xiàn)IOS SDK提供了標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)接口，開(kāi)發(fā)人員僅需要根據(jù)I/O設(shè)備的具體通信協(xié)議或驅(qū)動(dòng)接口說(shuō)明，填寫(xiě)幾個(gè)掃描函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼，進(jìn)行必要的調(diào)試與測(cè)試，即可完成一種FIOS的開(kāi)發(fā)。
　　　　
　　　　2 課題背景
　　　　目前筆者接手的項(xiàng)目是X機(jī)場(chǎng)助航燈光計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)場(chǎng)燈光實(shí)施II類(lèi)運(yùn)行時(shí)，其能見(jiàn)度在800m至400m之間，要求燈光設(shè)備可靠性高、故障少，但往往燈具在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生故障是隨機(jī)的，其故障率達(dá)到某一個(gè)值時(shí)，將不能滿足II類(lèi)運(yùn)行要求[1][2]。為保證監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，采用雙機(jī)容錯(cuò)模式與力控工業(yè)控制組態(tài)軟件相結(jié)合的方法，通過(guò)硬件冗余、軟件組態(tài)的可靠設(shè)計(jì)、Visual C++與力控組態(tài)軟件的結(jié)合，并以RS-485總線作為網(wǎng)絡(luò)連接線，實(shí)現(xiàn)分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)配置，設(shè)計(jì)了基于力控組態(tài)環(huán)境的雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)此系統(tǒng)的任務(wù)之一，就是自主開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，將自定義的通信協(xié)議寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)程序之中。而三維力控組態(tài)軟件提供了I/O驅(qū)動(dòng)程序接口開(kāi)發(fā)工具包（FIOS SDK），因此，開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)的主要工作就是利用組態(tài)軟件提供的接口函數(shù)和輸入輸出類(lèi)庫(kù)編寫(xiě)Ioapi中的代碼，以達(dá)到I/O設(shè)備的控制要求[3]。由于此項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)在Visual C++ 6.0環(huán)境中進(jìn)行，學(xué)習(xí)Windows WDM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)對(duì)于深入理解內(nèi)核態(tài)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、編寫(xiě)相應(yīng)的接口程序也很有幫助。
　　　　
　　　　3 開(kāi)發(fā)工具——FIOS SDK簡(jiǎn)介[5][6]
　　　　FIOS SDK開(kāi)發(fā)環(huán)境*基于32位Windows平臺(tái)。它使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）技術(shù)將開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)的代碼整合到力控組態(tài)
　　　　軟件系統(tǒng)中。FIOS SDK提供給程序員的開(kāi)發(fā)接口為API函數(shù)和C++類(lèi)庫(kù)。
　　　　FIOS SDK主要由4部分組成:設(shè)備組態(tài)接口（Iodevcfg）、數(shù)據(jù)連接組態(tài)接口（Ioitemui）、I/O監(jiān)控接口Ioapi和I/O服務(wù)器程序Ioserver。其中，Iodevcfg:負(fù)責(zé)管理設(shè)備組態(tài)過(guò)程;Ioitemui:負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)連接組態(tài)過(guò)程;Ioapi:負(fù)責(zé)完成與I/O設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控過(guò)程，包括:對(duì)通信協(xié)議的解析、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等;Ioserver:由FIOS SDK提供，用于完成對(duì)Ioapi 的動(dòng)態(tài)裝載，調(diào)用并執(zhí)行Ioapi實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)出函數(shù)。它封裝了大部分開(kāi)發(fā)人員不必關(guān)心的技術(shù)細(xì)節(jié)，如完成與I/O設(shè)備的底層通信（串口通信、網(wǎng)絡(luò)通信等）、設(shè)備超時(shí)處理、設(shè)備故障診斷等。Ioserver還完成與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)DB之間的通信，它把從I/O設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)Ioapi解析轉(zhuǎn)換后提交給DB，或者將DB下置給I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)Ioapi解析轉(zhuǎn)換后寫(xiě)入I/O設(shè)備。
　　　　因此，開(kāi)發(fā)人員僅需要開(kāi)發(fā)Iodevcfg、Ioitemui、Ioapi三部分的代碼。下面就以這三個(gè)部分的代碼、界面開(kāi)發(fā)為例，說(shuō)明在力控組態(tài)軟件中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的步驟。
　　　　
　　　　4 開(kāi)發(fā)實(shí)例
　　　　以C8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集為例，針對(duì)下層RS-485總線通信開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。
　　　　4.1 設(shè)備組態(tài)接口（Iodevcfg）開(kāi)發(fā)
　　　?。?） I/O描述文件
　　　　在使用力控進(jìn)行組態(tài)時(shí)，一般都要涉及I/O設(shè)備的定義過(guò)程。I/O描述文件的文件名為Iodesc.txt。文件內(nèi)容規(guī)定的格式如下（其中，表示回車(chē)換行）:
　　　　類(lèi)別;廠商或I/O程序描述;IOID
　　　　子類(lèi)型1;類(lèi)型號(hào);缺省通信方式;提供設(shè)備地址
　　　　子類(lèi)型2;類(lèi)型號(hào);缺省通信方式;提供設(shè)備地址
　　　　……
　　　　因此，在本項(xiàng)目中的I/O描述文件定義為:
　　　　“X計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);華中科技大學(xué)控制系;CCMSController;0;1;0”表示類(lèi)型號(hào)為0，RS-485通信，不設(shè)置設(shè)備地址。
　　　?。?） 開(kāi)發(fā)Iodevcfg.dll
　　　　開(kāi)發(fā)人員在編寫(xiě)Iodevcfg接口程序時(shí)主要完成兩部分功能，一是為用戶進(jìn)行設(shè)備組態(tài)時(shí)提供一個(gè)界面;另外就是將用戶組態(tài)的設(shè)備參數(shù)信息保存起來(lái)，以便在開(kāi)發(fā)編程接口Ioapi時(shí)使用。如果力控提供的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組態(tài)接口能夠完整地描述設(shè)備的有關(guān)信息，就不需要再編寫(xiě)Iodevcfg接口程序。標(biāo)準(zhǔn)界面如圖1所示，并對(duì)串口進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，如圖2所示。
　　　　
　　
　　圖1 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組態(tài)界面
　　
　　
　　圖1 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備組態(tài)界面
　　
　　
　　圖2 串口設(shè)置界面　　
　　
　　圖2 串口設(shè)置界面
　　
　　　　4.2 數(shù)據(jù)連接組態(tài)接口（Ioitemui）開(kāi)發(fā)
　　　　在用力控進(jìn)行組態(tài)時(shí)，把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)DB中的點(diǎn)參數(shù)與某種設(shè)備的具體信道建立連接的過(guò)程被為數(shù)據(jù)連接過(guò)程。Ioitemui要以DLL形式提供，該DLL必須是MFC擴(kuò)展DLL，其缺省文件名稱(chēng)為Ioitemui.dll。
　　　　數(shù)據(jù)連接過(guò)程對(duì)于不同的I/O設(shè)備，其形式和內(nèi)容可能*不同。因此，必須針對(duì)不同的I/O設(shè)備設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)連接形式以保存各種參數(shù)信息。
　　　　開(kāi)發(fā)人員在編寫(xiě)Ioitemui接口程序時(shí)也是主要完成兩部分功能，一是為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)連接組態(tài)時(shí)提供一個(gè)界面;二是將用戶組態(tài)的設(shè)備參數(shù)信息保存在數(shù)據(jù)連接項(xiàng)結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)連接項(xiàng)結(jié)構(gòu)）IOITEMDEF中，以便在開(kāi)發(fā)I/O監(jiān)控接口Ioapi時(shí)使用。這個(gè)連接項(xiàng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)通用結(jié)構(gòu)，由開(kāi)發(fā)人員自己賦值，自己解釋。界面如圖3所示:
　　　　
　　
　　圖3 數(shù)據(jù)連接組態(tài)界面
　　
　　圖3 數(shù)據(jù)連接組態(tài)界面
　　
　　　　4.3 I/O監(jiān)控接口Ioapi開(kāi)發(fā)
　　　　Ioapi是FIOS提供的zui重要的一個(gè)編程接口，開(kāi)發(fā)人員的主要工作就是開(kāi)發(fā)Ioapi部分的程序代碼。Ioapi提供了一組API函數(shù)（掃描函數(shù)）和一些C++類(lèi)庫(kù)（IOC, Input Output Class）。這些IOC類(lèi)庫(kù)全部以純虛類(lèi)的形式提供，并且只有成員函數(shù)，沒(méi)有成員變量，主要包括5個(gè)類(lèi):CItem（數(shù)據(jù)項(xiàng)類(lèi)）、CPacket（數(shù)據(jù)包類(lèi)）、CDevice（設(shè)備類(lèi)）、CChannel（信道類(lèi)）和CManager（管理器類(lèi)）。以層級(jí)的結(jié)構(gòu)來(lái)管理點(diǎn)、包、設(shè)備、信道，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備組態(tài)、數(shù)據(jù)組態(tài)、參數(shù)信息的獲取和與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)DB之間的數(shù)據(jù)交換。
　　　　Ioapi.dll程序中主要完成如下的導(dǎo)出函數(shù)（對(duì)于不需要的函數(shù)，一定要?jiǎng)h除，這樣可以使程序的運(yùn)行效率提高）:
　　　　OnCreate－載入Ioapi.dll后立即調(diào)用，這時(shí)信道、設(shè)備、包、點(diǎn)都不存在，一般用于設(shè)置程序的標(biāo)題，使用戶比較清楚程序的用途;
　　　　OnSortItem－所有點(diǎn)導(dǎo)入完畢后調(diào)用，這時(shí)候沒(méi)有任何包建立;
　　　　OnItemToPacket－循環(huán)多次添加所有的點(diǎn)到各個(gè)包中，基本原則是能一次處理的點(diǎn)打成一個(gè)包，使打包合理化;
　　　　OnBeforeScan－打包完成，正式調(diào)度之前調(diào)用一次，遍歷管理器，信道，設(shè)備，包，點(diǎn);
　　　　OnCreateDeviceLink－設(shè)備的初始化工作;
　　　　OnCreatePacketLink－包的初始化工作;
　　　　OnReadData－IOSCAN程序循環(huán)掃描調(diào)度，形成數(shù)據(jù)采集命令串;
　　　　OnWriteData－發(fā)生數(shù)據(jù)下送時(shí)調(diào)用，形成數(shù)據(jù)下置命令串;
　　　　OnIsResponseComplete－異步方式下判斷是否完成數(shù)據(jù)的接收，是否將數(shù)據(jù)設(shè)置到DB中;
　　　　OnAfterSend－發(fā)送數(shù)據(jù)后調(diào)用一次，調(diào)試時(shí)可以查看發(fā)送的命令串是否正確;
　　　　OnTimeout－發(fā)生超時(shí)的時(shí)候調(diào)用;
　　　　OnUnloadPacket－包析構(gòu)時(shí)調(diào)用;
　　　　OnClose－CManager析構(gòu)時(shí)調(diào)用一次。
　　　　開(kāi)發(fā)人員可根據(jù)項(xiàng)目中自定義的通信協(xié)議，將通信協(xié)議寫(xiě)入函數(shù)OnReadData（）、OnWriteData（）中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和下置。下面給出OnReadData函數(shù)的部分代碼:
　　　　INT OnReadData（ CPacket* pPacket, LPTSTR lpszSendString, INT& nSendStringLen ）
　　　　{
　　　　pPacket->SetReady（TRUE）;
　　　　//生成采集命令字符串
　　　　CDevice* pDevice = pPacket->GetDevice（）;
　　　　//得到設(shè)備指針
　　　　CChannel * pChannel = pDevice->GetChannel（）;
　　　　//得到通道指針
　　　　pChannel->ClearAcceptBuffer（）;
　　　　//清空接收緩沖區(qū)
　　　　CString csDeviceAddr = pDevice->GetAddr（）;
　　　　//得到實(shí)際設(shè)備的地址
　　　　IOITEMDEF * pItemStru = pPacket->GetItem（0）->GetItemStru（）;
　　　　//得到包的數(shù)據(jù)
　　　　BYTE ucIoType = pItemStru->n[IO_TYPE];
　　　　//得到發(fā)送命令的I/O類(lèi)型
　　　　BYTE ucDeviceAddr = pItemStru->n[DEVICE_ADDR];//得到用戶輸入的設(shè)備地址
　　　　……
　　　　//需要根據(jù)實(shí)際的通信協(xié)議書(shū)寫(xiě)有關(guān)的程序
　　　　CString csCommand = ;
　　　　csCommand = BYTE（FRAME_HEAD）;
　　　　//寫(xiě)入幀信息頭
　　　　……
　　　　csCommand += BYTE（QUERY）;
　　　　//定義幀信息類(lèi)型
　　　　csCommand += BYTE（0x01）;
　　　　//有效信息長(zhǎng)度為 1 字節(jié)
　　　　csCommand += BYTE（ucDeviceAddr）;
　　　　//寫(xiě)入設(shè)備的地址
　　　　csCommand += LRCCheck（temp_que, 2）;
　　　　//寫(xiě)入幀尾LRC校驗(yàn)碼
　　　　nSendStringLen = csCommand.GetLength（）;
　　　　CString csPmessage;
　　　　csPmessage.Format（讀取數(shù)據(jù):設(shè)備地址%X, ucDeviceAddr）;
　　　　pDevice->ShowProcessMessage（csPmessage）;
　　　　pDevice->ShowEventMessage（csPmessage, FALSE）;
　　　　//調(diào)試用，用以顯示觸發(fā)事件
　　　　for （ int i = 0; i < nSendStringLen; i++ ）
　　　　lpszSendString[i] = csCommand[i];
　　　　return SEND;
　　　　}
　　　　4.4 驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試
　　　　通過(guò)Visual C++ 6.0編寫(xiě)的程序，如:Iodevcfg.dll、Ioitemui.dll、Ioapi.dll，必須生成Release版本，否則調(diào)試時(shí)，I/O Server調(diào)用時(shí)將會(huì)出錯(cuò)，并立即跳出程序的執(zhí)行。調(diào)試顯示過(guò)程如附表所示。
　　　　
　　　　附表 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試過(guò)程信息
　　
　　附表 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試過(guò)程信息
　　　　
　　
　　附表 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)試過(guò)程信息
　　
　　　　調(diào)試結(jié)果表明該驅(qū)動(dòng)程序可以實(shí)現(xiàn)與C8051單片機(jī)的異步通信，完成數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)助航燈光的控制。
　　　　
　　　　5 結(jié)束語(yǔ)
　　　　組態(tài)軟件作為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制的軟件，在許多行業(yè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。但任何組態(tài)軟件的驅(qū)動(dòng)程序不可能囊括所有設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，特別是對(duì)通信協(xié)議有特定要求的設(shè)備，因此，就需要開(kāi)發(fā)人員根據(jù)自己的通信協(xié)議編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序代碼，并結(jié)合實(shí)際的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)應(yīng)該是可配置的、可移植的、可搶占式的、可中斷的和多處理器安全的[4]。若想能夠很好地掌握驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，zui根本的是閱讀驅(qū)動(dòng)文檔并自己動(dòng)手編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序。