一種支持多型號控制板卡的接口軟件設(shè)計

蘇亞娟 榮音

摘要：在嵌入式計算機系統(tǒng)中，一般包含上位機與下位機控制板卡;這種系統(tǒng)一般是一種型號的控制板卡對應(yīng)一款上位機軟件，優(yōu)點是功能簡潔明了，缺點是用戶需要針對不同板卡安裝不同的軟件，對用戶要求較高或增加額外的軟件成本。本文提出一種通用的統(tǒng)一抽象板卡概念，通過抽象API，可以支持多種型號的控制板卡，實現(xiàn)軟件使用一致性，方便應(yīng)用軟件工程師的編程。

關(guān)鍵詞：嵌入式;計算機系統(tǒng);多型號;統(tǒng)一抽象板卡;API

中圖分類號：TP273.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0132-02

0 簡介

一般控制板卡的上位機軟件最初總是對應(yīng)初始版本的硬件板卡，當(dāng)板卡成系列、多型號發(fā)展時，原先各自的獨立上位機軟件不便于管理與使用，就需要設(shè)計統(tǒng)一的程序，以便管理多種型號的設(shè)備，如在文獻[1]中設(shè)計了一種同時支持PCI與USB板卡的控制軟件。本文也是工作需要，根據(jù)需求設(shè)計了一種通用的統(tǒng)一抽象板卡API，以支持多型號的控制板卡。

1 軟件需求

隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展，研發(fā)的板卡需要定制化、多樣化與系列化，因此迫切需要設(shè)計一種接口來隱藏這種硬件多樣性，提出開發(fā)需求如下：

（1）從應(yīng)用程序角度看，能夠隱藏硬件特定信息;（2）支持多型號的控制板卡;（3）支持每種型號的多個數(shù)目的控制板卡。

應(yīng)用開發(fā)人員可以用這個抽象板卡的API，編制程序而無需考慮實際板卡類型。單個應(yīng)用程序可以控制多個板卡，而且當(dāng)有新的板卡加入時，無需大的改動，就能支持。

抽象板卡的API，設(shè)計上不能直接操控硬件板卡，必須借助原先控制板卡的提供的API。因此，軟件工程的角度看，統(tǒng)一抽象控制板卡API，只有兩個外部接口，一邊是上層的主機程序，另一邊是下層具體的激光控制板卡API。統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language，UML）[2-3]是軟件工程中一種為面向?qū)ο笙到y(tǒng)的產(chǎn)品進行說明、可視化和編制文檔的一種標(biāo)準(zhǔn)語言，UML是面向?qū)ο笤O(shè)計的建模工具。抽象板卡API的UML用例圖如圖1所示。

2 抽象接口組成分解

抽象接口的功能分解圖如圖2所示。

抽象接口由三個層級的動態(tài)庫成分組成，從上至下依次為：

（1）LC.HWInterface.dll。（2）LC.HWMgr.dll。（3）LC.B1Mgr.dll， LC.B2Mgr.dll。

2.1 LC.HWInterface.dll

LC.HWInterface.dll包含了直接由上位機軟件調(diào)用的API函數(shù)，在該DLL中會引用下層的LC.HWMgr.dll。LC.HWInterface.dll包含三個類：Job、DeviceStatus與HWController。

Job類提供了上層應(yīng)用軟件訪問特定激光控制器的便利途徑，從而隱藏了多種激光器控制板卡的復(fù)雜性。每個打標(biāo)任務(wù)必須對應(yīng)一個Job對象，而每個Job對象又綁定了一個控制板卡。Job對象還包含當(dāng)前任務(wù)的完成情況、錯誤狀態(tài)等。

DeviceStatus對象提供了上層軟件對特定激光器狀態(tài)的單點訪問。在DeviceStatus對象的整個生命周期內(nèi)可以對激光器的狀態(tài)隨時查詢。

HWController則對連接的設(shè)備進行各種控制管理提供方法。比如，初始化硬件、創(chuàng)建Job對象與DeviceStatus對象、關(guān)閉硬件等。

2.2 LC.HWMgr.dll

LC.HWMgr.dll包含了公共接口，這些接口從LC.B1Mgr. dll，LC.B2Mgr.dll或其他新的板卡支持Dll里實現(xiàn)的函數(shù)抽象出來的。所以，如果需要整合新的控制板卡，就需要實現(xiàn)LC.HWMgr.dll中定義的接口。LC.HWMgr.dll就是為了隱藏控制卡的類型而引入的，LC.HWInterface.dll并不需要知道控制卡的信息，僅僅有接口的引用信息。

LC.HWMgr.dll包含了一個類：HWCreator.和三個接口：

ILaserHW、IHWMgr、和IStatusUpdate。

具體實現(xiàn)參考第4節(jié)抽象接口類圖。

2.3 LC.B1Mgr.dll

LC.B1Mgr.dll中實現(xiàn)了LC.HWMgr.dll中定義的各個接口，且調(diào)用特定的控制板卡API。如果需要整合新的控制板卡，同樣的需要實現(xiàn)上面定義的接口。LC.B1Mgr.dll在編譯時候并不需要鏈接到API中，而是在LC.HWMgr.dll中根據(jù)配置文件動態(tài)的加載進。所以，對于新的控制板卡，同樣需要新寫一個動態(tài)庫，且在配置文件中給出必要的信息，根據(jù)需要動態(tài)加載。

包含三個類：B1HWMgr、B1Controller、和NetDevice Mgr。具體實現(xiàn)參照第4節(jié)抽象接口類圖。

3 抽象接口類圖

上位機應(yīng)用程序需要創(chuàng)建一個HWController實例，一個或多個打標(biāo)Job實例，對應(yīng)每個打標(biāo)激光設(shè)備的DeviceStatus實例。

HWCreator會根據(jù)配置文件來創(chuàng)建B1HWMgr或B2HWMgr的實例。在配置文件中需要指定控制板卡的類型。

抽象接口類圖，如圖3所示。

4 重要的公共方法整理（表1）

其他類略。

5 結(jié)論

該設(shè)計成功整合了目前公司的兩種型號的控制板卡，并實現(xiàn)了統(tǒng)一管理與使用接口。雖然本文僅以某激光公司的軟件開發(fā)為例，設(shè)計了支持多種類型控制板卡的接口函數(shù)庫，但是該設(shè)計方法，適用于各類用途的支持多控制板卡的接口設(shè)計，具有很強的借鑒意義。

參考文獻

[1] 趙文路.多模式多接口激光標(biāo)記控制軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[D].華中科技大學(xué)，2011.

[2] 宋雨，趙文清.軟件工程[M].中國電力出版社，2007.

[3] Grady Booch，等著.UML用戶指南（第2版）[M].人民郵電出版社，2012.