OPC服務器的研究及其在CAN總線系統(tǒng)中的實現(xiàn)

1OPC技術簡介

　　1.1什么是OPC

　　OPC（OLEforProcessControl）,即用于過程控制的對象鏈接與嵌入技術,是一種規(guī)范，是在工業(yè)控制和生產(chǎn)自動化領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）技術為基礎，采用客戶/服務器（Client/Server）的模式，定義了一組COM對象及其接口標準。

　　OPC規(guī)范是由世界范圍內自動化領域中處于領導地位的硬件和軟件開發(fā)商，在微軟的協(xié)作下制定的，并且已經(jīng)得到越來越多的客戶和硬件制造商的認可。

　　1.2OPC的意義

　　在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，針對同一個硬件設備，每個應用軟件都要根據(jù)自己的需求開發(fā)一套硬件驅動程序。這不僅加大了開發(fā)和維護費用，而且?guī)砹嗽L問沖突問題。

　　OPC技術將各個硬件設備驅動程序和通訊程序封裝成獨立的OPC服務器，上層應用軟件（作為OPC客戶端）可以不關心硬件的性能特點，而通過標準的OPC接口訪問OPC服務器。

　　這樣不僅解決了上述問題，而且實現(xiàn)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(xiàn)場的PLC、工業(yè)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)采集和WindowsCE設備連接，快速有效地獲取現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)。PC機內的各種監(jiān)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OPC獲得現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，芯片之間也可以按照OPC協(xié)議進行通訊，從而實現(xiàn)軟件的“即插即用”。

　　1.3OPC對象與接口

　　OPC的核心是COM/DCOM技術。在COM模型中，軟件的功能被分解為一些組件，這些組件通過COM協(xié)議在一定條件下連接起來，實現(xiàn)相應的功能。COM對象分為客戶端和服務器兩類，客戶端通過COM接口訪問服務器[2]。

　　OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范描述了OPC服務器需要實現(xiàn)的COM對象及其接口，它定義了定制接口（custominterface）和自動化接口（automationinterface）[1]。OPC客戶程序通過接口與服務器通訊，間接讀取數(shù)據(jù)。OPC服務器必須實現(xiàn)定制接口，也可以有選擇地實現(xiàn)自動化接口。一般來說，自動化接口能為VB等高級語言客戶程序提供極大的便利，但數(shù)據(jù)傳輸效率較低;而定制接口則為用C/C++語言編寫的程序帶來靈活高效的調用手段。

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

　　注意，OPC項并不是OPC客戶直接操作的對象，因為OPC項沒有定義外部接口，對象的所有操作都是通過包容該項的組對象進行的。

2OPC數(shù)據(jù)訪問服務器的結構及設計步驟

　　2.1OPC數(shù)據(jù)訪問服務器的結構

圖1OPC數(shù)據(jù)訪問服務器的結構

　　本文實現(xiàn)的OPC數(shù)據(jù)訪問服務器具有數(shù)據(jù)采集的功能，提供符合OPC規(guī)范的定制接口。主要由OPC服務器對象、OPC組對象、OPC項對象和針對CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）通訊卡編寫的I/O動態(tài)鏈接庫（DLL）組成，采用如圖1所示的結構。

　　OPC服務器對象是客戶端與服務器交互的首要對象?？蛻舳送ㄟ^訪問服務器對象的接口函數(shù)與之進行交互。一個服務器對象里可以設置一個以上的組對象。OPC服務器對象的主要功能是：①創(chuàng)建和管理OPC組對象;②管理服務器內部的狀態(tài)信息;③將服務器的錯誤代碼翻譯成描述性語句;④瀏覽服務器內部的數(shù)據(jù)組織結構。

　　OPC組對象用于組織管理服務器內部的實時數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行訪問，也可以以組為單位啟動或停止數(shù)據(jù)訪問。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服務器內部的實時數(shù)據(jù)存取服務（同步或異步方式）。

　　OPC服務器對象和組對象支持的接口由OPC規(guī)范定義，但并未規(guī)定具體如何實現(xiàn)，需要開發(fā)人員自己完成。

　　OPC項則與現(xiàn)場設備中的模塊相對應，它包含數(shù)據(jù)項的值（value）、品質（quality）和時間戳（timestamp）。

　　I/ODLL是針對具體硬件設備開發(fā)的驅動程序，實現(xiàn)從現(xiàn)場設備讀取數(shù)據(jù)的功能。

　　2.2實現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)訪問服務器的主要步驟：

　　2.2.1獲得并注冊OPC標準組件

　　根據(jù)COM規(guī)范，COM服務器可分為進程內服務器、本地服務器和遠程服務器。后兩種服務器與客戶程序運行在不同的進程空間，屬于進程外服務器。為了實現(xiàn)進程間通訊，需要用到代理/存根模塊。代理/存根模塊由接口描述語言（IDL）直接生成。OPC基金會為每種OPC服務器提供了相應的代理/存根動態(tài)鏈接庫，這些文件可以在OPC基金會的網(wǎng)站（www.opcfoundation.org）上免費下載。

　　注意，設計OPC服務器時可以在OPC對象上增加接口以滿足特定的要求，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OPC服務器代碼

　　首先定義0PC數(shù)據(jù)服務器的名稱（ProgID）和類標識（CLSID），實現(xiàn)COM庫的初始化功能和0PC數(shù)據(jù)服務器類廠對象的接口功能。然后實現(xiàn)OPC對象和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。接下來針對具體硬件編寫I/ODLL，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時讀取。這項工作是十分繁重的，要求開發(fā)人員具有良好的COM編程知識，具體過程限于篇幅不能詳述，這里指出兩點引起注意：

　?、湃治ㄒ粯俗R符（GUID）

　　GUID是為每個COM對象提供的十六字節(jié)標識數(shù)。COM類至少有兩個GUID：類標識（CLSID）和接口標識（IID）。CLSID用于標識COM類，登記在Windows注冊表中，包含指向包括COM類的DLL或EXE組件的路徑。IID用于標識該類的接口，被應用程序用來查詢和觸發(fā)該類的方法，也登記在注冊表中。由于對象類是由GUID標識的，所以必須保證它們的唯一性，才能使最終用戶在使用由不同軟件商開發(fā)的組件時不會發(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(shù)的名字，其余參數(shù)是實際的ID碼。類標識的命名慣例是CLSID_ClassName，而接口ID的命名慣例是IID_InterfaceName。

　　有兩種途徑來獲得GUID：

　?、費icrosoftVisualC++提供了兩個工具來產(chǎn)生GUID：UUIDGen.exe和GUIDGen.exe（大小寫沒有影響）。前者是一個命令行程序，直接產(chǎn)生一個GUID;后者是一個基于對話框的應用程序，運行UUIDGen.exe，產(chǎn)生一個CreateGUID對話框。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(shù)來產(chǎn)生GUID：

　　HRESULTCoCreateGuid（GUID＊pguid）

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