OPC DA 服務器的設計與實現(xiàn)

　　接口與對象：在各層次對象與接口的關系處理中，可以采用兩種方法：多繼承的方式，將Server/Group 對象繼承自每個標準規(guī)定的接口;或者采用聚合的方式，Server/Group 對象包含接口對象。本例采用的是第二種方式，該方式可以將使接口的編寫相對獨立，以方便測試，并且有利于自動化接口的可選擇實現(xiàn)。

　　服務器使用 VC++編程，包含以下幾個主要的類：

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

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

　　其他接口類：每個接口還對應一個實現(xiàn)類(如：CIOPCItemMgtImp 是IOPCItemMgt 的具體實現(xiàn))，該類完成OPC 標準規(guī)定的對應接口的功能函數(shù)，類的實例化對象將以聚合的方式接受Server 或Group 對象的管理;

　　數(shù)據(jù)緩存區(qū)的構造：在 OPC 服務器中，Cache 是重要的部分，存儲結構將直接影響數(shù)據(jù)訪問的速度，它負責將從設備中讀取的數(shù)據(jù)先存放在數(shù)據(jù)緩存區(qū)，供同步或異步讀取。緩存區(qū)內存可以采用連續(xù)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，該服務器選擇采用連續(xù)存儲的方式。該方式可以隨機存取數(shù)據(jù)，但存取數(shù)據(jù)的數(shù)量不宜過大，如果需要存取較大數(shù)量的數(shù)據(jù)項，則推薦采用哈希存儲方式。對于每個數(shù)據(jù)項，都包含有三個基本屬性：數(shù)值(Value)，時間戳(Time Stamp)和數(shù)據(jù)品質(Quality)。從數(shù)據(jù)源中訪問到的數(shù)據(jù)項將按照線性方式存儲到連續(xù)的內存區(qū)域中;每次對緩存區(qū)的訪問都需要進行加鎖，以防止出現(xiàn)同時進行讀操作和寫操作。

　　2.3 輪詢方式對數(shù)據(jù)源進行訪問：

　　由于服務器是單獨不斷從數(shù)據(jù)源讀取數(shù)據(jù)，因此可以采用單獨的線程，按時間輪詢的方式，每隔一段時間對數(shù)據(jù)源進行訪問，這個時間也就成為服務器支持的最短數(shù)據(jù)訪問時間。服務器的主要工作流程：

　　(1) 每隔一段時間進行輪詢操作;

　　(2) 如果掃描時間到，訪問數(shù)據(jù)源;否則，至(3);如果有訂閱請求，回調訂閱函數(shù);

　　(3) 如果有刷新請求，回調刷新函數(shù);如果有異步讀數(shù)據(jù)請求，讀取數(shù)據(jù)并回調異步讀函數(shù);如果有異步寫請求，將數(shù)據(jù)寫入外部設備;

　　(4) 返回(1);

　　服務器中該循環(huán)的主要功能，主要用來進行異步數(shù)據(jù)存取，訂閱及刷新。而對于同步訪問等操作，由于需要服務器立即存取數(shù)據(jù)然后返回結果，因此其實現(xiàn)并不在該主循環(huán)中，而是針對其接口單獨編寫一個類，用來實現(xiàn)同步存取接口函數(shù)的功能。

　　2.4 OPC DA 的數(shù)據(jù)訪問方式

　　OPC DA 對數(shù)據(jù)的訪問主要分為以下幾種：同步讀，異步讀，訂閱和數(shù)據(jù)刷新;對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)源的訪問規(guī)則，OPC 標準對訪問規(guī)則進行了詳細的描述。在這幾種數(shù)據(jù)訪問中，同步讀接口可以實現(xiàn)少量，快速的數(shù)據(jù)讀取，異步讀則是提交一個請求，然后返回，等服務器完成數(shù)據(jù)讀取后回調函數(shù)。與同步讀相比，異步讀更能提高OPC Client 的使用效率，防止OPC 服務器尚未訪問到數(shù)據(jù)時，造成客戶端的等待。訂閱異步讀大致相同，每當訪問數(shù)據(jù)源后自動將數(shù)據(jù)提交給客戶端。

　　圖 2 OPC 服務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，使用到了連接點容器/連接點接口[1]，取代了原來OPC DA1.0 中的直接注冊/回調的模式。能夠更靈活的支持多個連接點和連接。在可連接對象模式中，每個可連接對象可以包含多個連接點，每個連接點支持一種回調接口;每個連接點上可以連接多個客戶端;回調接口由客戶端實現(xiàn)，可連接對象通過回調函數(shù)于客戶端進行交互。

　　在 OPC DA 服務器中，可連接對象包括Server 對象和Group 對象兩種，Server 對象只支持一個IOPCShutdown 回調接口，而異步數(shù)據(jù)交換等重要的功能位于Group 對象中。在OPC 組對象中，包含一個連接點對象，該對象支持IOPCDataCallback 回調接口，連接點可以連接多個客戶端，當異步訪問完成時，服務器同過可連接對象通過調用標準規(guī)定的回調函數(shù)，通知每個已經(jīng)注冊的客戶端。

　　2.5 基于適配器模式的數(shù)據(jù)采集

　　OPC DA 服務器的最重要功能，就是從外部設備讀取數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)源的多樣性，可以是磁盤映射的數(shù)據(jù)文件，串口或者是專門的數(shù)據(jù)采集卡。為了設計一個通用的架構，便于以后升級或訪問其他不同類型的數(shù)據(jù)源。一個可行的解決方法就是，添加一個適配層，設計相應的數(shù)據(jù)訪問接口，對有不同數(shù)據(jù)格式的采集，寫入等操作，都從該接口繼承，從而針對不同的數(shù)據(jù)采集方式完成相應的功能。這樣，使服務器在整體不需改變的情況下，能夠適應多種數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行訪問的虛函數(shù)，包括讀取(ReadValue)，和寫入(WriteValue)函數(shù);在進行二次開發(fā)時，需針對不同的數(shù)據(jù)源需要具體實現(xiàn)。當一個組對象掃描該組成員項，進行數(shù)據(jù)訪問時，它將直接調用IOPCItem 接口。該接口是一個虛基類，其具體實現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)源有關;對于將要訪問的外部設備，其存取數(shù)據(jù)的格式和驅動可能不同;IOPCItem 接口對此并不作具體規(guī)定，只是定義了虛函數(shù)，用來讀取和寫入數(shù)據(jù);其具體的編碼實現(xiàn)需要由OPC DA 服務器將要訪問的外部設備決定。這樣，將數(shù)據(jù)訪問同具體的數(shù)據(jù)源分開，減少了耦合，使同一服務器架構可以滿足多種業(yè)務需求。