OPC簡(jiǎn)介及OPC DA 服務(wù)器的設計與實(shí)現

　　服務(wù)器使用 VC++編程，包含以下幾個(gè)主要的類(lèi)：

　　COPCServer：Server 對象的類(lèi)，管理IOPCCommon，IOPCServer，IConnectionContainer等接口;

　　COPCGroup：Group 對象的類(lèi)，管理IOPCItemMgt，IOPCGroupStateMgt，IOPCSyncIO，IOPCAsyncIO，IConnectionContainer 等接口;

　　其他接口類(lèi)：每個(gè)接口還對應一個(gè)實(shí)現類(lèi)(如：CIOPCItemMgtImp 是IOPCItemMgt 的具體實(shí)現)，該類(lèi)完成OPC 標準規定的對應接口的功能函數，類(lèi)的實(shí)例化對象將以聚合的方式接受Server 或Group 對象的管理;

　　數據緩存區的構造：在 OPC 服務(wù)器中，Cache 是重要的部分，存儲結構將直接影響數據訪(fǎng)問(wèn)的速度，它負責將從設備中讀取的數據先存放在數據緩存區，供同步或異步讀取。緩存區內存可以采用連續存儲，鏈式存儲和哈希存儲。其中，考慮到存取速度和方便管理，該服務(wù)器選擇采用連續存儲的方式。該方式可以隨機存取數據，但存取數據的數量不宜過(guò)大，如果需要存取較大數量的數據項，則推薦采用哈希存儲方式。對于每個(gè)數據項，都包含有三個(gè)基本屬性：數值(Value)，時(shí)間戳(Time Stamp)和數據品質(zhì)(Quality)。從數據源中訪(fǎng)問(wèn)到的數據項將按照線(xiàn)性方式存儲到連續的內存區域中;每次對緩存區的訪(fǎng)問(wèn)都需要進(jìn)行加鎖，以防止出現同時(shí)進(jìn)行讀操作和寫(xiě)操作。

　　2.3 輪詢(xún)方式對數據源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)：

　　由于服務(wù)器是單獨不斷從數據源讀取數據，因此可以采用單獨的線(xiàn)程，按時(shí)間輪詢(xún)的方式，每隔一段時(shí)間對數據源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，這個(gè)時(shí)間也就成為服務(wù)器支持的最短數據訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。服務(wù)器的主要工作流程：

　　(1) 每隔一段時(shí)間進(jìn)行輪詢(xún)操作;

　　(2) 如果掃描時(shí)間到，訪(fǎng)問(wèn)數據源;否則，至(3);如果有訂閱請求，回調訂閱函數;

　　(3) 如果有刷新請求，回調刷新函數;如果有異步讀數據請求，讀取數據并回調異步讀函數;如果有異步寫(xiě)請求，將數據寫(xiě)入外部設備;

　　(4) 返回(1);

　　服務(wù)器中該循環(huán)的主要功能，主要用來(lái)進(jìn)行異步數據存取，訂閱及刷新。而對于同步訪(fǎng)問(wèn)等操作，由于需要服務(wù)器立即存取數據然后返回結果，因此其實(shí)現并不在該主循環(huán)中，而是針對其接口單獨編寫(xiě)一個(gè)類(lèi)，用來(lái)實(shí)現同步存取接口函數的功能。

　　2.4 OPC DA 的數據訪(fǎng)問(wèn)方式

　　OPC DA 對數據的訪(fǎng)問(wèn)主要分為以下幾種：同步讀，異步讀，訂閱和數據刷新;對數據源的操作又可以分為直接從設備讀取和從Cache 中讀取。這兩者的組合構成了對數據源的訪(fǎng)問(wèn)規則，OPC 標準對訪(fǎng)問(wèn)規則進(jìn)行了詳細的描述。在這幾種數據訪(fǎng)問(wèn)中，同步讀接口可以實(shí)現少量，快速的數據讀取，異步讀則是提交一個(gè)請求，然后返回，等服務(wù)器完成數據讀取后回調函數。與同步讀相比，異步讀更能提高OPC Client 的使用效率，防止OPC 服務(wù)器尚未訪(fǎng)問(wèn)到數據時(shí)，造成客戶(hù)端的等待。訂閱異步讀大致相同，每當訪(fǎng)問(wèn)數據源后自動(dòng)將數據提交給客戶(hù)端。

　　圖 2 OPC 服務(wù)器中采用的可連接對象結構模型

　　在 OPC DA2.0 和OPC DA3.0 中的異步通訊機制中，使用到了連接點(diǎn)容器/連接點(diǎn)接口[1]，取代了原來(lái)OPC DA1.0 中的直接注冊/回調的模式。能夠更靈活的支持多個(gè)連接點(diǎn)和連接。在可連接對象模式中，每個(gè)可連接對象可以包含多個(gè)連接點(diǎn)，每個(gè)連接點(diǎn)支持一種回調接口;每個(gè)連接點(diǎn)上可以連接多個(gè)客戶(hù)端;回調接口由客戶(hù)端實(shí)現，可連接對象通過(guò)回調函數于客戶(hù)端進(jìn)行交互。

　　在 OPC DA 服務(wù)器中，可連接對象包括Server 對象和Group 對象兩種，Server 對象只支持一個(gè)IOPCShutdown 回調接口，而異步數據交換等重要的功能位于Group 對象中。在OPC 組對象中，包含一個(gè)連接點(diǎn)對象，該對象支持IOPCDataCallback 回調接口，連接點(diǎn)可以連接多個(gè)客戶(hù)端，當異步訪(fǎng)問(wèn)完成時(shí)，服務(wù)器同過(guò)可連接對象通過(guò)調用標準規定的回調函數，通知每個(gè)已經(jīng)注冊的客戶(hù)端。

　　2.5 基于適配器模式的數據采集

　　OPC DA 服務(wù)器的最重要功能，就是從外部設備讀取數據。由于數據源的多樣性，可以是磁盤(pán)映射的數據文件，串口或者是專(zhuān)門(mén)的數據采集卡。為了設計一個(gè)通用的架構，便于以后升級或訪(fǎng)問(wèn)其他不同類(lèi)型的數據源。一個(gè)可行的解決方法就是，添加一個(gè)適配層，設計相應的數據訪(fǎng)問(wèn)接口，對有不同數據格式的采集，寫(xiě)入等操作，都從該接口繼承，從而針對不同的數據采集方式完成相應的功能。這樣，使服務(wù)器在整體不需改變的情況下，能夠適應多種數據源的情況。其大致的結構如下圖所示

　　圖 3 使用適配器模式的IOPCItem 接口

　　IOPCItem 接口：該接口定義了對外部數據進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的虛函數，包括讀取(ReadValue)，和寫(xiě)入(WriteValue)函數;在進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)時(shí)，需針對不同的數據源需要具體實(shí)現。當一個(gè)組對象掃描該組成員項，進(jìn)行數據訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，它將直接調用IOPCItem 接口。該接口是一個(gè)虛基類(lèi)，其具體實(shí)現與外部數據源有關(guān);對于將要訪(fǎng)問(wèn)的外部設備，其存取數據的格式和驅動(dòng)可能不同;IOPCItem 接口對此并不作具體規定，只是定義了虛函數，用來(lái)讀取和寫(xiě)入數據;其具體的編碼實(shí)現需要由OPC DA 服務(wù)器將要訪(fǎng)問(wèn)的外部設備決定。這樣，將數據訪(fǎng)問(wèn)同具體的數據源分開(kāi)，減少了耦合，使同一服務(wù)器架構可以滿(mǎn)足多種業(yè)務(wù)需求。