利用進(jìn)程通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)純軟件仿真調(diào)試

蔡文齋

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第39研究所，陜西 西安 710065）

監(jiān)控系統(tǒng)通常由若干計(jì)算機(jī)及相關(guān)板卡構(gòu)成系統(tǒng)硬件環(huán)境，通常在Win32環(huán)境下編制相關(guān)的監(jiān)控軟件。開發(fā)全套監(jiān)控系統(tǒng)軟件通常是，開發(fā)人員等買到各種相關(guān)板卡后再逐個(gè)調(diào)試各端口，在設(shè)備都聯(lián)在一起時(shí)統(tǒng)一聯(lián)調(diào)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，要求各設(shè)備或分機(jī)配合。為了實(shí)現(xiàn)在已知相關(guān)硬件需求和相應(yīng)軟件通訊協(xié)議，而實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無(wú)硬件設(shè)備的情況下，開發(fā)全套監(jiān)控系統(tǒng)軟件[1]，本文提出一種利用進(jìn)程通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)純軟件仿真調(diào)試的方法[2]。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無(wú)需連接各板卡，同樣可以仿真這些硬件設(shè)備開發(fā)整個(gè)監(jiān)控軟件，等各種板卡備齊后，再添加這些板卡的設(shè)備初始化及I/O函數(shù)。這樣，整套監(jiān)控軟件在無(wú)硬件環(huán)境下可以編制完成，將節(jié)約大量聯(lián)試時(shí)間。

1 純軟件仿真設(shè)計(jì)思想

假定不考慮接入計(jì)算機(jī)的板卡接口形式和具體硬件傳感器的特性，僅從抽象的角度考慮，則可將接入的任一硬件傳感器都視為一流設(shè)備，通過(guò)相關(guān)板卡傳送給計(jì)算機(jī)1組十六進(jìn)制碼字，任一硬件讀入形式都相同。使用定長(zhǎng)的仿真硬件緩沖區(qū)代替硬件設(shè)備，這些硬件緩沖區(qū)每一字節(jié)均可編輯。從而仿真任一接入控制系統(tǒng)硬件傳感器的各種數(shù)據(jù)。

任一接入控制計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備與計(jì)算機(jī)通訊即是定長(zhǎng)的十六進(jìn)制字符碼字的雙向信息交流（有的設(shè)備是單向通訊）。監(jiān)控軟件與這些硬件設(shè)備信息交流即為Read與Write函數(shù)[3]，任何硬件接口形式其最終抽象的讀寫參數(shù)都相同：設(shè)備號(hào)、讀寫緩沖區(qū)數(shù)據(jù)內(nèi)容、讀寫長(zhǎng)度、實(shí)際讀入或者寫出的長(zhǎng)度、回送的狀態(tài)碼字。先不考慮具體硬件傳感器的初始化及使用方法，一般相關(guān)板卡均帶有驅(qū)動(dòng)程序，在Win32環(huán)境下通常是通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序提供的API函數(shù)訪問(wèn)硬件，雖然各硬件的訪問(wèn)形式有差異，但計(jì)算機(jī)訪問(wèn)的機(jī)制是相同的，同監(jiān)控軟件相關(guān)的部分是讀寫緩沖區(qū)及讀寫長(zhǎng)度。只要使用一種方法使監(jiān)控軟件讀寫另一設(shè)定的緩沖區(qū)內(nèi)容，即可實(shí)現(xiàn)仿真。

2 純軟件仿真方法的實(shí)現(xiàn)

無(wú)論監(jiān)控程序使用什么語(yǔ)言編寫，無(wú)論讀入時(shí)序怎樣安排，為了實(shí)現(xiàn)仿真調(diào)試，將監(jiān)控程序稍作調(diào)整，改造如下：設(shè)計(jì)若干讀入完成消息，在每個(gè)硬件傳感器讀入函數(shù)完成后，向前臺(tái)窗口發(fā)送一條用戶制定的消息，告知該設(shè)備讀入已完成；讀入完成消息處理為：對(duì)讀入緩沖區(qū)解碼,將緩沖區(qū)某位置的十六進(jìn)制碼字按照通訊協(xié)議變換為監(jiān)控程序使用的變量，以供監(jiān)控程序使用。

設(shè)監(jiān)控程序?yàn)锳進(jìn)程，仿真硬件程序?yàn)锽進(jìn)程。A進(jìn)程要接收B進(jìn)程數(shù)據(jù)，并且B進(jìn)程數(shù)據(jù)變化時(shí)應(yīng)立即通知A進(jìn)程，則問(wèn)題變?yōu)椋和ㄖ?fù)制變化數(shù)據(jù)。A進(jìn)程的調(diào)試方法：假設(shè)要調(diào)試串行端口5，首先假定已編寫com口讀寫線程（注意此時(shí)無(wú)硬件，com5打不開，無(wú)法跟蹤[4]），由于每個(gè)硬件傳感器讀完成都會(huì)發(fā)一讀完后的信息。因此只要在某處發(fā)出該消息，就表明已經(jīng)讀入該硬件數(shù)據(jù)。假定使用剪切板通訊方法，在A進(jìn)程中設(shè)計(jì)一剪切板讀入用戶消息，該消息由B進(jìn)程發(fā)出。在A進(jìn)程的剪切板消息中，將剪切板的內(nèi)容復(fù)制到com5讀入緩沖區(qū)中，再發(fā)一com5讀完成消息給前臺(tái)窗口，則會(huì)誤認(rèn)為是硬件緩沖內(nèi)容變化，已讀到硬件內(nèi)容。任一接入的硬件都可用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真。如果讀入緩沖區(qū)的每一位都可控制輸入，那么在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)就能仿真所有實(shí)際的通訊情況，將節(jié)約大量時(shí)間在設(shè)備聯(lián)調(diào)階段。

3 硬件緩沖產(chǎn)生器設(shè)計(jì)（B進(jìn)程）

設(shè)計(jì)一可編輯的十六進(jìn)制緩沖區(qū)，使用進(jìn)程通訊方法發(fā)出數(shù)據(jù)。采用Delphi 2009編寫仿真器，界面上設(shè)計(jì)StringGird組件，用于十六進(jìn)制輸入，格子列數(shù)為1 024，行數(shù)為2，設(shè)計(jì)若干按鈕用于實(shí)現(xiàn)各種進(jìn)程通訊方法。使用集合類型檢查輸入的是否為十六進(jìn)制碼字，使用Drawcell方法限制每個(gè)格子的字符數(shù) （每個(gè)格子僅能輸入0A、3E等類型的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)）[5]。該硬件仿真器的機(jī)理為使用WIN32 API內(nèi)核對(duì)象通訊技術(shù)傳遞緩沖區(qū)內(nèi)容，再用其他技術(shù)傳輸通知信息。其實(shí)現(xiàn)方法為：1）文件映像+事件通知；2）文件映像+用戶自定制消息。若使用文件映像+廣播消息方法，必須在收發(fā)進(jìn)程中注冊(cè)同樣的消息。而使用文件映像+廣播WM_WININICHANGE消息方法，無(wú)需注冊(cè)消息，SendMessage（HWND_BROADCAST，WM_WININICHANGE，0，0）；3）有名管道技術(shù)+消息通知。 將B進(jìn)程設(shè)計(jì)為有名管道客戶端，將A進(jìn)程設(shè)計(jì)為管道服務(wù)。4）CopyDATA 方法；5）全局原子方法；6）剪切板技術(shù)+用戶消息方法。

其中，CopyDATA方法為：

如果使用DELPHI或者C++BUILDER開發(fā)應(yīng)用軟件，使用CODESITE工具在讀消息中寫入調(diào)試代碼[6]，可以動(dòng)態(tài)調(diào)試出任何讀入緩沖區(qū)內(nèi)容。

4 監(jiān)控應(yīng)用程序的改造（A進(jìn)程）

硬件緩沖區(qū)產(chǎn)生器用不同的進(jìn)程通訊方法產(chǎn)生一組需要的數(shù)據(jù)，并使用不同的通知機(jī)制輸出通知消息，因此需相應(yīng)修改接收端，使用剪切板和全局原子方法時(shí)緩沖區(qū)長(zhǎng)度只能為256字節(jié)，其他方法可輸出更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。如果使用廣播消息傳輸通知，A進(jìn)程也必須注冊(cè)同樣的消息。注冊(cè)廣播消息：BROADCAST_Message BROADCAST_NUM：=RegisterWindowMessage（‘BROADCAST_comm’）；并且A進(jìn)程需重載WndProc函數(shù)：procedure WndProc（var Message：TMessage）；override；用于讀注冊(cè)的廣播消息，判斷廣播消息是哪一個(gè)。監(jiān)控程序需通過(guò)某種方法接收數(shù)據(jù)即可，所以修改的代碼很少。

5 結(jié)束語(yǔ)

使用該方法開發(fā)的綜合調(diào)試器可徹底拋開硬件環(huán)境，對(duì)應(yīng)用軟件稍作調(diào)整即可與純軟件調(diào)試器通訊。在開發(fā)應(yīng)用軟件時(shí)，當(dāng)硬件板卡備齊后，只需添加相應(yīng)的讀寫部分，就能夠在試驗(yàn)室內(nèi)仿真現(xiàn)場(chǎng)通信情形，將節(jié)約大量時(shí)間。該方法已應(yīng)用于多個(gè)航天控制項(xiàng)目，并取得良好效果。

[1]張海藩.軟件工程導(dǎo)論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2]Jeffrey Richter.Window高級(jí)編程指南[M].王書洪，劉光明，譯.北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[3]Mickey Williams.Programming microsoft windows 2000 unleashed[M].前導(dǎo)工作室，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[4]趙蘭濤，蘇彥華.DELPHI串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[5]吳天準(zhǔn).Delphi 7程序設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

[6]譚 燕，趙 磊，李之明.Delphi高級(jí)輔助工具精解[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.