一種面向對象的多設備驅動軟件分析

朱 旭

（中國航發西安動力控制科技有限公司，陜西 西安 710077）

引言

CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）總線是20 世紀80 年代提出的一種串行數據通訊總線，已在包括航空工業在內的眾多領域中得到廣泛應用[1]。在航空發動機測試、使用過程中，通常需要針對CAN 設備進行二次開發，用于與各設備間的數據傳輸。二次開發的應用軟件將人機交互程序分為應用層與驅動層，見圖1。驅動程序負責操控設備的相關信息，應用程序負責功能實現。

目前在市場上存在多品牌、多種類的CAN 通訊設備，盡管不同品牌的CAN 通訊設備功能一樣，但每個設備的原理、使用方法卻不盡完全相同，導致使用者（二次開發者）在使用過程中，針對各類設備的二次開發，需配合不同應用程序，這樣會影響生產效率，甚至容易導致出錯。本文提出一種利用C#工具開發驅動程序方法，在應用程序中添加后，只提供同一接口給應用層調用。因此當使用不同設備后，只需在驅動層中添加或更改相應模塊，不會影響應用層功能，在降低程序開發復雜度的同時提高了二次開發程序的通用性。

1 程序設計思路

本文在VS2010 工具下完成C#程序開發工作[2]。采用面向對象技術，將所有CAN 通訊設備歸結為一個類，作為基類。每個CAN 設備看成一個基類的派生類，這樣，派生類擁有基類的特性。再將特定的方法和屬性組合，封裝為一個特定功能集合（稱為接口），每個實例的具體內容在其接口中進行定義實現[3-4]。

基類完成共同功能的設計，將基類設定為抽象類，每個設備作為一實例，派生于基類。這樣每個實例就擁有了基類的屬性和方法，各實例的不同功能在實例的接口中分別具體實現，針對不同情況，做出適應性更改。這樣既滿足了相同功能的一致性，又達到不同設備靈活使用的現實需求。

上位機程序設計分為驅動層和應用層兩個部分。驅動層主要用于配置設備參數，使其能夠正常通訊。針對使用設備進行類的實例化，繼承基類的共有屬性和方法，完成共同狀態的配置。對于具體功能方法，需要引用不同接口，在接口中進行定制化和個性化的詳細功能實現。在驅動層通過基類和接口完成不同設備的驅動，同時為應用層提供了相同的入口參數。應用層接受驅動層傳遞的數據，進過分析、識別判斷，完成最終程序的功能，如數據物理量的轉換、顯示。在此只考慮與驅動接口的數據類型和格式是否一致，不需關心驅動層的設備類型。

按照上述設計思路，UML表示法如下頁圖2 所示。

圖2 軟件架構UML 圖

2 人機交互軟件設計

本文通過CAN 通訊卡實現上位機和嵌入式控制器之間的數據交互，從而對控制器中相應內容進行管理、更改、維護。如下頁圖3 所示，上位機的人機界面發送指令到控制器，控制器接受到指令，先判斷格式是否正確，然后按照通訊協議，分析出指令的具體內容，執行相應動作，完成后反饋信號或發送數據到上位機，以通知其執行結果。上位機接收到數據，同樣要進行數據的甄別、判斷，若正確則將結果顯示于界面，提示用戶執行結果。

圖3 系統框圖

假設整個系統中使用了2 種不同品牌的CAN 通訊卡，對于用戶而言，接入任意設備，其使用方法應完全一致。

在進入程序時，如圖4 所示，首先在人機界面選擇設備類型。后續進入主程序時根據之前的選擇自動完成設備初始化工作，并在主界面提示設備狀態。初始化完成后根據指令，進行數據傳輸和發送等功能，并將數據解析的結果顯示在程序主界面。如圖5 所示。

圖4 初始化界面

圖5 程序主界面

2.1 驅動程序設計

設備1、2 分別提供不同的動態鏈接文件，完成各自的驅動和功能實現。

每種設備的提供的動態鏈接文件格式和使用方法都不一樣，因此，在驅動設計時，將2 個設備分別定義為DevCan1、DevCan2 類，根據使用情況進行選擇，然后實例化對象，在實例化時將抽象類的虛方法進行重寫。

首先，定義一個抽象基類DevClass。類定義包含ID、波特率、數據格式等字段，用以配置使用環境。基類方法包括InitialCan()和CloseCan()方法，這兩個方法用于設備初始化和關閉。在函數內分別各自調用原廠家提供的動態鏈接庫實現。再次，定義2 個接口，分別為發送數據ISendMessage、接收數據IRec-Data 函數。每個接口實現函數的返回值一致（例如，0表示失敗，1 表示成功）。因此，同樣結果對應用層處理邏輯就是一致的。

若使用設備1，則實例化對象設備1，并繼承于基類，支持發送、接收2 個接口。在發送和接收過程中，將待發送和接收的數據存放于數組中，供應用層調配。

同理，若使用設備2，則實例化設備2，并完成相應配置。

下面以初始化為例，具體實現代碼如下：

2.2 應用層程序設計

應用層與驅動層的數據交互采用共享數組的方式。驅動層完成設備驅動后，將事件和所需數據整理后，傳遞到應用層。應用層負責接收、響應事件，并解析、處理數據。在主程序中定義委托，將方法封裝在委托對象內，實現傳遞回調函數的作用，多個委托可以完成多種事件的訂閱，事件訂閱對于使用的設備可不必關心。程序中將接收和發送數據事件分別定義，具體代碼（以設備1 為例）如下：

在應用層建立2 個線程，分別用于接收數據、發送指令，各線程獨立工作，互不影響，從而提高程序的執行效率。線程中處理委托中的訂閱事件，執行相應操作，實現數據交換和通訊功能。程序架構如圖6所示。

圖6 程序架構

3 結論

本文設計了針對不同CAN 通信設備的通用上位機應用程序，在同一應用程序中，利用接口和類完成不同設備的驅動，為應用層提供數據和事件。應用層只負責事件和數據處理，與驅動的設備無關，應用層針對不同設備的事件處理邏輯一致。在實際使用中，新增設備只需進行驅動部分的設計，完成對應接口的功能，就能直接使用，這樣能夠快速開發完成程序，提高通用性，縮短了開發周期。經過試驗驗證，此方法能夠有效、正確實現多設備同時驅動的目標。