OPC服務(wù)器的研究及其在CAN總線(xiàn)系統中的實(shí)現

1OPC技術(shù)簡(jiǎn)介

　　1.1什么是OPC

　　OPC（OLEforProcessControl）,即用于過(guò)程控制的對象鏈接與嵌入技術(shù),是一種規范，是在工業(yè)控制和生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中使用的硬件和軟件的接口標準。OPC以組件對象模型和分布式組件對象模型（COM/DCOM）技術(shù)為基礎，采用客戶(hù)/服務(wù)器（Client/Server）的模式，定義了一組COM對象及其接口標準。

　　OPC規范是由世界范圍內自動(dòng)化領(lǐng)域中處于領(lǐng)導地位的硬件和軟件開(kāi)發(fā)商，在微軟的協(xié)作下制定的，并且已經(jīng)得到越來(lái)越多的客戶(hù)和硬件制造商的認可。

　　1.2OPC的意義

　　在傳統的控制系統中，針對同一個(gè)硬件設備，每個(gè)應用軟件都要根據自己的需求開(kāi)發(fā)一套硬件驅動(dòng)程序。這不僅加大了開(kāi)發(fā)和維護費用，而且帶來(lái)了訪(fǎng)問(wèn)沖突問(wèn)題。

　　OPC技術(shù)將各個(gè)硬件設備驅動(dòng)程序和通訊程序封裝成獨立的OPC服務(wù)器，上層應用軟件（作為OPC客戶(hù)端）可以不關(guān)心硬件的性能特點(diǎn)，而通過(guò)標準的OPC接口訪(fǎng)問(wèn)OPC服務(wù)器。

　　這樣不僅解決了上述問(wèn)題，而且實(shí)現了軟件的“即插即用”。OPC相當于一塊軟件“主板”，它能夠直接與現場(chǎng)的PLC、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、數據采集和WindowsCE設備連接，快速有效地獲取現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據。PC機內的各種監視、控制和管理等應用軟件則像是插在OPC主板上的軟件“芯片”，芯片可以通過(guò)OPC獲得現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據，芯片之間也可以按照OPC協(xié)議進(jìn)行通訊，從而實(shí)現軟件的“即插即用”。

　　1.3OPC對象與接口

　　OPC的核心是COM/DCOM技術(shù)。在COM模型中，軟件的功能被分解為一些組件，這些組件通過(guò)COM協(xié)議在一定條件下連接起來(lái)，實(shí)現相應的功能。COM對象分為客戶(hù)端和服務(wù)器兩類(lèi)，客戶(hù)端通過(guò)COM接口訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器[2]。

　　OPC數據訪(fǎng)問(wèn)規范描述了OPC服務(wù)器需要實(shí)現的COM對象及其接口，它定義了定制接口（custominterface）和自動(dòng)化接口（automationinterface）[1]。OPC客戶(hù)程序通過(guò)接口與服務(wù)器通訊，間接讀取數據。OPC服務(wù)器必須實(shí)現定制接口，也可以有選擇地實(shí)現自動(dòng)化接口。一般來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化接口能為VB等高級語(yǔ)言客戶(hù)程序提供極大的便利，但數據傳輸效率較低;而定制接口則為用C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)的程序帶來(lái)靈活高效的調用手段。

　　OPC客戶(hù)程序訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器時(shí)，創(chuàng )建一個(gè)服務(wù)器對象（這里指的是邏輯對象，目的是利用這個(gè)邏輯對象建立與實(shí)際服務(wù)器的連接），調用這個(gè)服務(wù)器對象的接口，服務(wù)器對象創(chuàng )建組對象并返回組對象的指針，客戶(hù)程序獲得組對象的指針后調用其接口。

　　注意，OPC項并不是OPC客戶(hù)直接操作的對象，因為OPC項沒(méi)有定義外部接口，對象的所有操作都是通過(guò)包容該項的組對象進(jìn)行的。

2OPC數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的結構及設計步驟

　　2.1OPC數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的結構

圖1OPC數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的結構

　　本文實(shí)現的OPC數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器具有數據采集的功能，提供符合OPC規范的定制接口。主要由OPC服務(wù)器對象、OPC組對象、OPC項對象和針對CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）通訊卡編寫(xiě)的I/O動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）組成，采用如圖1所示的結構。

　　OPC服務(wù)器對象是客戶(hù)端與服務(wù)器交互的首要對象?？蛻?hù)端通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器對象的接口函數與之進(jìn)行交互。一個(gè)服務(wù)器對象里可以設置一個(gè)以上的組對象。OPC服務(wù)器對象的主要功能是：①創(chuàng )建和管理OPC組對象;②管理服務(wù)器內部的狀態(tài)信息;③將服務(wù)器的錯誤代碼翻譯成描述性語(yǔ)句;④瀏覽服務(wù)器內部的數據組織結構。

　　OPC組對象用于組織管理服務(wù)器內部的實(shí)時(shí)數據信息，它是OPC項對象的集合。正因為有了組對象，OPC應用程序就可以成批地對所需要的數據進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，也可以以組為單位啟動(dòng)或停止數據訪(fǎng)問(wèn)。其主要功能是：①管理組對象內部的狀態(tài)信息;②創(chuàng )建和管理項對象;③OPC服務(wù)器內部的實(shí)時(shí)數據存取服務(wù)（同步或異步方式）。

　　OPC服務(wù)器對象和組對象支持的接口由OPC規范定義，但并未規定具體如何實(shí)現，需要開(kāi)發(fā)人員自己完成。

　　OPC項則與現場(chǎng)設備中的模塊相對應，它包含數據項的值（value）、品質(zhì)（quality）和時(shí)間戳（timestamp）。

　　I/ODLL是針對具體硬件設備開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序，實(shí)現從現場(chǎng)設備讀取數據的功能。

　　2.2實(shí)現OPC數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的主要步驟：

　　2.2.1獲得并注冊OPC標準組件

　　根據COM規范，COM服務(wù)器可分為進(jìn)程內服務(wù)器、本地服務(wù)器和遠程服務(wù)器。后兩種服務(wù)器與客戶(hù)程序運行在不同的進(jìn)程空間，屬于進(jìn)程外服務(wù)器。為了實(shí)現進(jìn)程間通訊，需要用到代理/存根模塊。代理/存根模塊由接口描述語(yǔ)言（IDL）直接生成。OPC基金會(huì )為每種OPC服務(wù)器提供了相應的代理/存根動(dòng)態(tài)鏈接庫，這些文件可以在OPC基金會(huì )的網(wǎng)站（www.opcfoundation.org）上免費下載。

　　注意，設計OPC服務(wù)器時(shí)可以在OPC對象上增加接口以滿(mǎn)足特定的要求，但不能修改標準的OPCIDL文件或相應的proxy/stubDLL。新增的接口描述應定義在獨立的IDL文件中，并由該文件生成獨立的代理/存根模塊來(lái)完成接口的調用工作。

　　組件的注冊將在后面介紹。

　　2.2.2編寫(xiě)OPC服務(wù)器代碼

　　首先定義0PC數據服務(wù)器的名稱(chēng)（ProgID）和類(lèi)標識（CLSID），實(shí)現COM庫的初始化功能和0PC數據服務(wù)器類(lèi)廠(chǎng)對象的接口功能。然后實(shí)現OPC對象和數據緩沖區。接下來(lái)針對具體硬件編寫(xiě)I/ODLL，實(shí)現數據的實(shí)時(shí)讀取。這項工作是十分繁重的，要求開(kāi)發(fā)人員具有良好的COM編程知識，具體過(guò)程限于篇幅不能詳述，這里指出兩點(diǎn)引起注意：

　?、湃治ㄒ粯俗R符（GUID）

　　GUID是為每個(gè)COM對象提供的十六字節標識數。COM類(lèi)至少有兩個(gè)GUID：類(lèi)標識（CLSID）和接口標識（IID）。CLSID用于標識COM類(lèi)，登記在Windows注冊表中，包含指向包括COM類(lèi)的DLL或EXE組件的路徑。IID用于標識該類(lèi)的接口，被應用程序用來(lái)查詢(xún)和觸發(fā)該類(lèi)的方法，也登記在注冊表中。由于對象類(lèi)是由GUID標識的，所以必須保證它們的唯一性，才能使最終用戶(hù)在使用由不同軟件商開(kāi)發(fā)的組件時(shí)不會(huì )發(fā)生沖突。

　　可以使用宏DEFINE_GUID（name,long,word,word,word,byte1,…,byte8）

　　其中name是標識數的名字，其余參數是實(shí)際的ID碼。類(lèi)標識的命名慣例是CLSID_ClassName，而接口ID的命名慣例是IID_InterfaceName。

　　有兩種途徑來(lái)獲得GUID：

　?、費icrosoftVisualC++提供了兩個(gè)工具來(lái)產(chǎn)生GUID：UUIDGen.exe和GUIDGen.exe（大小寫(xiě)沒(méi)有影響）。前者是一個(gè)命令行程序，直接產(chǎn)生一個(gè)GUID;后者是一個(gè)基于對話(huà)框的應用程序，運行UUIDGen.exe，產(chǎn)生一個(gè)CreateGUID對話(huà)框。它提供四種格式，選定之后，按NewGUID鍵產(chǎn)生新的GUID，顯示在Result欄中;按Copy鍵可以復制產(chǎn)生的結果。

　?、诶肅OM庫提供的API函數來(lái)產(chǎn)生GUID：

　　HRESULTCoCreateGuid（GUID＊pguid）

　　如果創(chuàng )建GUID成功，則函數返回S_OK，并且pguid將指向所得到的GUID值。