一種機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件框架

許志瑜

（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）

1 前言

近年來(lái)，機(jī)器人控制系統(tǒng)要求越來(lái)越復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)效率，提出一種應(yīng)用程序開(kāi)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(kù)[1]，該類庫(kù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jiàn)圖2）。

圖2 DAREE 系統(tǒng)架構(gòu)圖

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(xiě)，是移植層，操作系統(tǒng)相關(guān)；

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

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

（8）3rd 表示是第三方開(kāi)發(fā)的組件；

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

2.1 組件對(duì)象

組件對(duì)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(kāi)發(fā)和Applet 進(jìn)行解耦，提高組件對(duì)象的靈活性和功能擴(kuò)展性[3]。

2.2 Applet

Applet 是DAREE 上開(kāi)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(jiàn)下圖：

圖1 Applet 狀態(tài)遷移圖

（1）一個(gè)Applet 開(kāi)始于StartApplet，將Applet 處于Stop狀態(tài)，并開(kāi)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(guò)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(guò)IHandle 接口生產(chǎn)消息，并通過(guò)Send 函數(shù)將消息發(fā)送出去，系統(tǒng)通過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)日志等級(jí)和過(guò)濾字符完成日志管理，通過(guò)LOG_V，LOG_D，LOG_I，LOG_W，LOG_E 進(jìn)行日志的等級(jí)輸出，并通過(guò)過(guò)濾字符串進(jìn)行日志過(guò)濾來(lái)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(guò)IPort 接口，可以打開(kāi)一個(gè)設(shè)備，通過(guò)Read 接口進(jìn)行設(shè)備的讀取，通過(guò)Write 進(jìn)行設(shè)備的寫(xiě)入操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)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(kāi)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(guò)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。