一種支持多型號控制板卡的接口軟件設計

蘇亞娟 榮音

摘要：在嵌入式計算機系統中，一般包含上位機與下位機控制板卡;這種系統一般是一種型號的控制板卡對應一款上位機軟件，優點是功能簡潔明了，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，實現軟件使用一致性，方便應用軟件工程師的編程。

關鍵詞：嵌入式;計算機系統;多型號;統一抽象板卡;API

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：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初始版本的硬件板卡，當板卡成系列、多型號發展時，原先各自的獨立上位機軟件不便于管理與使用，就需要設計統一的程序，以便管理多種型號的設備，如在文獻[1]中設計了一種同時支持PCI與USB板卡的控制軟件。本文也是工作需要，根據需求設計了一種通用的統一抽象板卡API，以支持多型號的控制板卡。

1 軟件需求

隨著公司業務的發展，研發的板卡需要定制化、多樣化與系列化，因此迫切需要設計一種接口來隱藏這種硬件多樣性，提出開發需求如下：

（1）從應用程序角度看，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目的控制板卡。

應用開發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。單個應用程序可以控制多個板卡，而且當有新的板卡加入時，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。統一建模語言（Unified Modeling Language，UML）[2-3]是軟件工程中一種為面向對象系統的產品進行說明、可視化和編制文檔的一種標準語言，UML是面向對象設計的建模工具。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用的API函數，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雜性。每個打標任務必須對應一個Job對象，而每個Job對象又綁定了一個控制板卡。Job對象還包含當前任務的完成情況、錯誤狀態等。

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

HWController則對連接的設備進行各種控制管理提供方法。比如，初始化硬件、創建Job對象與DeviceStatus對象、關閉硬件等。

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里實現的函數抽象出來的。所以，如果需要整合新的控制板卡，就需要實現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。

具體實現參考第4節抽象接口類圖。

2.3 LC.B1Mgr.dll

LC.B1Mgr.dll中實現了LC.HWMgr.dll中定義的各個接口，且調用特定的控制板卡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中根據配置文件動態的加載進。所以，對于新的控制板卡，同樣需要新寫一個動態庫，且在配置文件中給出必要的信息，根據需要動態加載。

包含三個類：B1HWMgr、B1Controller、和NetDevice Mgr。具體實現參照第4節抽象接口類圖。

3 抽象接口類圖

上位機應用程序需要創建一個HWController實例，一個或多個打標Job實例，對應每個打標激光設備的DeviceStatus實例。

HWCreator會根據配置文件來創建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 結論

該設計成功整合了目前公司的兩種型號的控制板卡，并實現了統一管理與使用接口。雖然本文僅以某激光公司的軟件開發為例，設計了支持多種類型控制板卡的接口函數庫，但是該設計方法，適用于各類用途的支持多控制板卡的接口設計，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記控制軟件的設計與實現[D].華中科技大學，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.