[转载]以.NET MF为依托,打造物联网时代轻量级嵌入式组态系统

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[转载]以.NET MF为依托,打造物联网时代轻量级嵌入式组态系统 – 叶帆工作室 – 博客园.

1 前言

在工控领域,组态软件司空见惯,国外的iFixInTouchWinCC,国内的组态王、力控、MSCG等等。组态软件的出现彻底解决了软件重复开发的问题,实现模块级复用,好处不仅仅是提高了开发效率,降低了开发周期,更大的优势的是成熟模块的复用,大大提高了系统稳定性和可靠性。

所谓组态(Configuration),就是模块化任意组合(类似积木玩具)。组态软件的主要特点有:

1)、延展性。所谓延展性,就是系统的延续和易于扩展性,用组态软件开发的系统,当现场或用户需求发生改变时(包括硬件设备或系统结构的改变),用户无需做很多修改,就可以很方便地完成系统的升级和改造;

2)、易用性。组态软件对底层功能都进行了模块级封装,对于用户,只需掌握简单的编程语言(内嵌的脚本语言,类Basic或类C语言),甚至不需要编程技术,就能很好地,通过组态配置的方式完成一个复杂系统的开发和集成;

3)、通用性。不同用户根据系统的不同,利用组态软件提供的I/O驱动(如PLC、仪表、板卡、智能模块、变频器等等驱动)、数据库和图元,就能完成一个具有动画、实时数据处理、历史数据和图表并存,且具有多媒体功能和网络功能的系统工程,不受领域或行业限制。

但是无论是基于PC平台的组态软件还是基于ARM系统的嵌入式组态软件,其组态粒度都显过大,大部分通过串口、网口、CAN等通道把个系统模块连接在一起,在一定程度上增加了系统构建的成本和代价。

而以.NET MF为依托构建的轻量级嵌入式组态软件(TinyIOs)就很好的解决了上述问题,除支持常规的串口、网口、CAN外,还支持USBWifiZigBeeSPII2C等通道,SPII2C片级总线的支持加上强大的托管代码(C#)开发能力,使嵌入式硬件系统真正的组态化、模块化成为可能,这项技术的推出,无疑为快速打造形态各异,功能不同的产品提供了最有力的支撑,完全符合新时代科技、绿色、环保的发展理念。

2 TinyIOs简介

TinyIOs,就是Tiny I/O Server的简称,在物联网、云计算时代,一切以数据为中心,不同的传感器通过不同的方式联入网络,通过云计算的方式为不同的终端用户提供服务。为了适应这种新形势的发展,加速和降低各种传感器、智能模块的入网代价,以微软成熟的.NET Micro Framework系统为基础,打造出物联网时代的轻量级嵌入式组态系统 —— TinyIOs

2.1 .NET Micro Framework简介(略)

2.2 TinyIOs系统架构

TinyIOs由三大部分构成,一是TinyIOs运行时,包含IODBIOBC、驱动引擎和策略引擎四部分;二是应用模块,包含驱动、策略和IO数据三部分;三是TinyIOs IDE环境,该工具和Microsoft Visual Studio开发工具一起共同完成驱动、策略的开发、配置及部署工作。

系统架构图(如下图所示):

TinyIOs.NET MF关系图(如下图所示)

2.3 IODB(略)

2.4 IOBC(略)

2.5驱动开发

一个驱动程序可对应一种设备,也可以对应一类设备,关键在于设备支持的协议是私有的,还是公开的,一般公开的协议,如Modbus,不同厂家的智能设备都有不同程度的支持,凡支持该协议的设备,都可以通过共同的设备驱动进行访问,唯一不同的就是访问的数据类型,起始地址,数据长度等参变量的不同而已。

2.5.1 驱动接口类

public interface IDriver

{

DeviceInfo GetDriverInfo();

int OnStart(Device device, IDeviceOperate operate);

int OnScan(Device device, IDeviceOperate operate);

int OnEnd(Device device, IDeviceOperate operate);

}

2.5.2 通信方式

public enum DeviceConnMode

{

SerialPort = 0,

Ethernet,

CAN,

USB,

SPI,

I2C,

SDIO,

Zigbee,

AD,

DA,

I,

Q,

PWM,

Other,

}

2.5.3 驱动配置信息类

public class DeviceInfo

{

public string Name;                         //32byte,驱动名称(要保证唯一)

public string Ver;                          //16byte,版本信息

public string Explain;                      //64byte,说明

public string Developer;                    //16byte,开发者

public string Date;                         //16byte,日期

public int AutoFlag;                        //自动化标志 0 – 系统为你初始化通信接口

1 – 由驱动程序本身完成通信接口初始化

public DeviceConnMode ConnMode;             //通信方式

public string Manufacturer;                 //64byte,设备制造商

public string DeviceType;                   //32byte,设备类型

//设备参数

public string PortAddrExplain;              //硬件端口名称 空为无效项

public string PortAddrValue;                //硬件端口默认值 项选择(如果有的话)用”|”

分隔开,默认项为第一个

public string PortConfigExplain;            //端口参数名称 空为无效项

public string PortConfigValue;              //端口参数默认值 项选择(如果有的话)用”|”

分隔开,默认项为第一个

public string DeviceAddrExplain;            //设备地址名称 空为无效项

public string DeviceAddrValue;              //设备地址默认值 项选择(如果有的话)用”|”

分隔开,默认项为第一个

public string DeviceConfigExplain;         //设备参数名称 空为无效项

public string DeviceConfigValue;            //设备参数默认值 项选择(如果有的话)用”|”

分隔开,默认项为第一个

//项参数

public string[] ItemExplain;                //8*32 byte,连接项名称

public string[] ItemValue;                  //8*4 byte 默认值 项选择(如果有的话)用

“|” 分隔开,默认项为第一个

}

2.5.4 驱动的执行

驱动除了按设定的扫描时间周期执行外,还可以把扫描时间设置为0,表示不会自动运行。设置为该模式的驱动,一般被策略程序直接调用而得以执行。

2.6 策略开发

可以把TinyIOs运行时想象成一个支持多任务的操作系统,这样每个策略的OnRun接口,都可以当成一个进程的Main函数,唯一不同的是,这个Main函数被调用的机制多种多样(参见策略执行模式)。

策略就是一段代码,一段标准的.NET Micro Framework程序,可以根据项目的需求充分访问.NET Micro Framework已有的开发资源(如各类库函数),编写实现任意功能的代码模块。

2.6.1 策略接口类

public interface IStrategy

{

string GetStrategyName();

int OnRun(IDeviceOperate operate, int parameter);

}

2.6.2 策略执行模式

public enum StrategyRunMode

{

None = 0,      //无动作

Loop,          //循环执行

System_Loop,   //系统循环执行

//事件驱动

Event_System_Start_Before,

Event_System_Start_After,

Event_System_End_Before,

Event_System_End_After,

Event_System_Error_Process,

Event_Driver_Scan_Before,

Event_Driver_Scan_After,

Event_Driver_Start_Before,

Event_Driver_Start_After,

Event_Driver_End_Before,

Event_Driver_End_After,

}

2.6.3 策略另类功能

策略除了按策略执行模式执行外,策略之间还可以互相调用,并且还可以直接调用指定名称的驱动程序的执行。

2.7 TinyIOs项目存储(略)

3 TinyIOs IDE简介

详情请观看视频:http://video.sina.com.cn/v/b/38583321-1804832611.html

4 TinyIOs应用实例(远程医疗系统)

5相关资源

1、官方网址

http://www.microsoft.com/netmf/default.mspx

2、官方博客

http://blogs.msdn.com/netmfteam/

3、中文博客

http://blog.csdn.net/yefanqiu

http://www.cnblogs.com/yefanqiu

4、中文论坛

http://space.cnblogs.com/group/MFSoft

http://social.msdn.microsoft.com/Forums/zh-CN/microframeworkzhchs/threads

5V4.0 SDK下载

http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyId=77dbfc46-14a1-4dcf-a809-eda7ccfe376b&displaylang=en

6V4.0 PortingKit(源码)下载

http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?displaylang=en&FamilyID=16fa5d31-a583-4c0d-af74-f4d5e235d5bc

7.NET Micro Framework低价开发板

http://item.taobao.com/item.htm?id=7117999726

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