一種機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件框架

許志瑜

摘 要 本文主要介紹了一種用于機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用程序的開發(fā)框架DAREE。應(yīng)用程序中每個(gè)Applet構(gòu)成一個(gè)業(yè)務(wù)控制單元，每個(gè)業(yè)務(wù)單元由組件對象組成，實(shí)現(xiàn)基本的控制業(yè)務(wù)需求。同時(shí)該開發(fā)框架提供了一系列的基本功能模塊，如消息隊(duì)列、定時(shí)器等基礎(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的快速開發(fā)。

關(guān)鍵詞 DAREE Applet 消息隊(duì)列 定時(shí)器

中圖分類號(hào)：TP249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）02-0011-02

1 前言

近年來，機(jī)器人控制系統(tǒng)要求越來越復(fù)雜，為了簡化應(yīng)用程序開發(fā)過程，提高應(yīng)用程序開發(fā)效率，提出一種應(yīng)用程序開發(fā)框架DAREE，將控制系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行管理和拆分，將系統(tǒng)資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。

2 DAREE

DAREE（Distributiion Automation Runtime Execute Environment）為Applet的運(yùn)行提供一套基本的運(yùn)行環(huán)境，并向應(yīng)用程序提供一系列服務(wù)類庫[1]，該類庫實(shí)現(xiàn)了對操作系統(tǒng)服務(wù)的封裝。同時(shí)該框架實(shí)現(xiàn)了一套設(shè)備抽象層，提高應(yīng)用程序的可移植性（見圖2）。

DAREE建立在Linux操作系統(tǒng)之上，以下是概要性描述：

（1）DAREE基于嵌入式Linux，分成內(nèi)核空間和用戶空間;

（2）最底層是硬件層，控制系統(tǒng)中的一些外圍的器件;

（3）內(nèi)核空間為設(shè)備驅(qū)動(dòng)層;

（4）用戶空間分為三層，PAL、SAL、Applet，基于組件的設(shè)計(jì)思想;

（5）PAL是 Platform Access Layer的縮寫，是移植層，操作系統(tǒng)相關(guān);

（6）SAL是Shared Access Layer 的縮寫，包含一系列的類庫;

（7）應(yīng)用程序?qū)樱煌臉I(yè)務(wù)只需要開發(fā)不同的Applet;

（8）3rd表示是第三方開發(fā)的組件;

（9）用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]，增強(qiáng)平臺(tái)兼容性。

2.1 組件對象

組件對象分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式，靜態(tài)組件的代碼和框架一起參與編譯，動(dòng)態(tài)組件的代碼獨(dú)立編譯。兩種組件使用上并不區(qū)分，動(dòng)態(tài)組件的存在是為了將組件的開發(fā)和Applet進(jìn)行解耦，提高組件對象的靈活性和功能擴(kuò)展性[3]。

2.2 Applet

Applet是DAREE上開發(fā)應(yīng)用程序的最小單位，是一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯的功能集合。Applet有stop、Starting、Run、Closing、Terminating這五種狀態(tài)。見下圖：

（1）一個(gè)Applet開始于StartApplet，將Applet處于Stop狀態(tài)，并開始創(chuàng)建Applet;

（2）創(chuàng)建動(dòng)作完成后，Applet處于Starting狀態(tài)，并收到EVT_APP_START事件;

（3）Applet處理完EVT_APP_START后，進(jìn)入Run狀態(tài)，直到用戶調(diào)用CloseApplet;

（4）Applet進(jìn)入Closing狀態(tài)，收到EVT_APP_STOP事件;

（5）最后Applet會(huì)進(jìn)入Terminating狀態(tài)，完成Applet和內(nèi)部資源的釋放，結(jié)束Applet。

2.3 消息隊(duì)列

該應(yīng)用程序框架采用基于消息驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，Applet通過消息接口類，可以快速實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列功能。用戶只需要通過IHandle接口生產(chǎn)消息，并通過Send函數(shù)將消息發(fā)送出去，系統(tǒng)通過消息中的信息找到該消息的事件處理函數(shù)進(jìn)行處理。

2.4 配置管理

配置管理接口IConfig，用于保存各個(gè)模塊需要保存的配置信息，該框架提供了統(tǒng)一的配置管理接口IConfig， 并通過文件的形式進(jìn)行配置信息的保存，系統(tǒng)為各個(gè)模塊分配了統(tǒng)一的標(biāo)簽，模塊通過標(biāo)簽獲得私有的配置信息。

2.5 定時(shí)器

定時(shí)器在Applet開發(fā)過程中是一種常用功能，提供了延遲服務(wù)和異步處理的功能。Timer的實(shí)現(xiàn)是通過生成Message并帶上時(shí)間參數(shù)，加入到IMessageQueue隊(duì)列中，實(shí)現(xiàn)了Timer的延時(shí)處理能力。

2.6 異步事件

異步事件Resume是DAREE提供的另一個(gè)異步事件處理功能，比如用戶需要讀取一個(gè)大數(shù)據(jù)量文件，可以通過Resume功能分步進(jìn)行讀取。本框架將Resume異步事件設(shè)計(jì)在DAREE的主線程空閑時(shí)進(jìn)行操作，避免對主業(yè)務(wù)功能的影響。

2.7 日志管理

日志管理是“查看我關(guān)心的信息”。本系統(tǒng)日志管理通過日志等級和過濾字符完成日志管理，通過LOG_V，LOG_D，LOG_I，LOG_W，LOG_E進(jìn)行日志的等級輸出，并通過過濾字符串進(jìn)行日志過濾來達(dá)到日志控制的目的。

2.8 設(shè)備控制接口

本系統(tǒng)由IPort接口實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的設(shè)備控制，并為數(shù)據(jù)傳輸提供了一套通用的接口函數(shù)，如Read、Write、GetLastError 等等。通過IPort接口，可以打開一個(gè)設(shè)備，通過read接口進(jìn)行設(shè)備的讀取，通過write進(jìn)行設(shè)備的寫入操作，實(shí)現(xiàn)對一個(gè)設(shè)備的控制操作。

2.9 內(nèi)存管理

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一套內(nèi)存檢測機(jī)制，當(dāng)Applet退出時(shí)，判斷Applet是否有內(nèi)存泄漏現(xiàn)象，如果有則打印出消息，供工程師進(jìn)行檢查。實(shí)現(xiàn)原理是在應(yīng)用程序分配內(nèi)存時(shí)，給內(nèi)存打上標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記信息判斷是否有內(nèi)存泄漏。

3 總結(jié)

本文提出了一種用于機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用程序的開發(fā)框架DAREE，該框架以Applet為單位管理業(yè)務(wù)功能模塊，通過DAREE提供的系統(tǒng)接口，可以快速實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列、定時(shí)器、異步事件處理、日志管理、內(nèi)存管理等基礎(chǔ)功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] Stanley B. Lippman，Josée Lajoie，Barbara E. Moo著. C++ Primer（中文版 第5版）[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2013.

[2] Stanley，B.，Lippman，侯捷譯.深度探索C++對象模型[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[3] 埃里克·伽瑪（Erich Gamma）.設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.

（合肥科大智能機(jī)器人技術(shù)有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000）