何波玲

摘要摘要：针对规模设备控制系统开发存在无序、依赖、重复等工程问题，提出一种基于嵌入式TCP/IP的系统模式和可复用的软件驱动引擎。每个设备由内置的单片机进行采样和驱动，采样数据经驱动引擎传给应用程序，来自应用程序的驱动数据经驱动引擎传给单片机。驱动引擎经TCP/IP下位网络与单片机通信，经由TCP/IP网络或反射内存实时网络或二网结合构成的上位网络与应用程序通信。驱动引擎为可复用结构，可以集成任何数量的单片机而无需对结构作任何修改。这种控制模式特别适用于“人在回路”的仿真控制系统，具有布线简洁、软件可复用、接口直观、开发高效、运行实时、可靠等优点。

关键词关键词：单片机；嵌入式TCP/IP；驱动引擎；软件复用

DOIDOI：10.11907/rjdk.151031

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号

文章编号：16727800（2015）004012603

0引言

“人在回路”仿真系统，如飞机仿真系统、电站仿真系统等[12]，会涉及人对设备的操纵及设备对仿真结果的反映。对于具有简单设备的系统，A/D（D/A）转换卡可很好地满足需求，但对于设备密集系统，布线和维护问题将变得难以控制。在工程实践中，人们更多地关注于具体控制技术的研究[34]，却较少从软件工程的角度，对与硬件相关的软件可复用、开发模式等问题进行考虑，由此导致的非规范开发、重复开发、软硬件紧密依赖等问题对工程效率和质量产生了较大影响。本文采用通用部分和特定部分相分离的方法解决此类问题，涉及的具体研究内容包括：①规范的系统体系结构；②可复用的软件系统；③简洁的硬件控制量表达法；④透明的通信介质和网络节点拓扑结构。

1系统体系结构

系统体系结构如图1所示，系统包括五大部分：嵌入式TCP/IP控制的设备群、驱动引擎、下位网、上位网、应用。每个设备由内置的单片机MCU（Micro Control Unit）进行采样和驱动，采样数据经驱动引擎传给应用程序，来自应用程序的驱动数据经驱动引擎传给单片机。驱动引擎运行于工控机，TCP/IP[5]下位网络与单片机通信，经由TCP/IP网络[5]或反射内存实时网络[6]或二网结合构成的上位网络与应用程序通信。驱动引擎为可复用结构，可以集成任何数量的单片机而无需对结构做任何修改。驱动引擎的数量依赖于设备规模和实时性需求，一个配置有多块网卡NICs（Network Interface Cards）的驱动引擎可满足大多数系统的需求。

系统软件配置结构如图2所示。其中，硬件配置文件AO.cfg，DO.cfg，AI.cfg，DI.cfg用于隔离特定硬件；下位网配置文件LowerComm.cfg用于隔离下位网通信节点；上位网配置文件UpperComm.cfg用于隔离上位网通信节点和通信介质；每个单片机对应一个动态链接库DLL（Dynamic Link Library）。

2协议数据单元

存在两种协议数据单元：

（1）单片机至驱动引擎协议数据单元。

6结语

本文提出的控制模式特别适用于设备密集型“人在回路”仿真系统。其具有如下特点：①具有AD/DA转换卡方法所不具备的布线简单等优点；②每个设备被嵌入的单片机控制，易于维护；③驱动引擎为可复用结构，可以集成任何数量的单片机而无需对结构做任何修改；④开发高效，开发一个新的硬件控制系统，只需针对每个设备进行简单的单片机程序开发和单片机DLL开发，然后与驱动引擎进行无缝集成。此外，二维标识法使软硬开发者可以并行开发，其简洁的程序API使硬件访问代码开发非常高效；⑤上位通信和下位通信配置文件使得无需开发任何通信代码就可完成通信且适于任何节点拓扑分布。

参考文献参考文献：

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责任编辑（责任编辑：孙娟）