一种面向对象的多设备驱动软件分析

朱 旭

（中国航发西安动力控制科技有限公司，陕西 西安 710077）

引言

CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线是20 世纪80 年代提出的一种串行数据通讯总线，已在包括航空工业在内的众多领域中得到广泛应用[1]。在航空发动机测试、使用过程中，通常需要针对CAN 设备进行二次开发，用于与各设备间的数据传输。二次开发的应用软件将人机交互程序分为应用层与驱动层，见图1。驱动程序负责操控设备的相关信息，应用程序负责功能实现。

目前在市场上存在多品牌、多种类的CAN 通讯设备，尽管不同品牌的CAN 通讯设备功能一样，但每个设备的原理、使用方法却不尽完全相同，导致使用者（二次开发者）在使用过程中，针对各类设备的二次开发，需配合不同应用程序，这样会影响生产效率，甚至容易导致出错。本文提出一种利用C#工具开发驱动程序方法，在应用程序中添加后，只提供同一接口给应用层调用。因此当使用不同设备后，只需在驱动层中添加或更改相应模块，不会影响应用层功能，在降低程序开发复杂度的同时提高了二次开发程序的通用性。

1 程序设计思路

本文在VS2010 工具下完成C#程序开发工作[2]。采用面向对象技术，将所有CAN 通讯设备归结为一个类，作为基类。每个CAN 设备看成一个基类的派生类，这样，派生类拥有基类的特性。再将特定的方法和属性组合，封装为一个特定功能集合（称为接口），每个实例的具体内容在其接口中进行定义实现[3-4]。

基类完成共同功能的设计，将基类设定为抽象类，每个设备作为一实例，派生于基类。这样每个实例就拥有了基类的属性和方法，各实例的不同功能在实例的接口中分别具体实现，针对不同情况，做出适应性更改。这样既满足了相同功能的一致性，又达到不同设备灵活使用的现实需求。

上位机程序设计分为驱动层和应用层两个部分。驱动层主要用于配置设备参数，使其能够正常通讯。针对使用设备进行类的实例化，继承基类的共有属性和方法，完成共同状态的配置。对于具体功能方法，需要引用不同接口，在接口中进行定制化和个性化的详细功能实现。在驱动层通过基类和接口完成不同设备的驱动，同时为应用层提供了相同的入口参数。应用层接受驱动层传递的数据，进过分析、识别判断，完成最终程序的功能，如数据物理量的转换、显示。在此只考虑与驱动接口的数据类型和格式是否一致，不需关心驱动层的设备类型。

按照上述设计思路，UML表示法如下页图2 所示。

图2 软件架构UML 图

2 人机交互软件设计

本文通过CAN 通讯卡实现上位机和嵌入式控制器之间的数据交互，从而对控制器中相应内容进行管理、更改、维护。如下页图3 所示，上位机的人机界面发送指令到控制器，控制器接受到指令，先判断格式是否正确，然后按照通讯协议，分析出指令的具体内容，执行相应动作，完成后反馈信号或发送数据到上位机，以通知其执行结果。上位机接收到数据，同样要进行数据的甄别、判断，若正确则将结果显示于界面，提示用户执行结果。

图3 系统框图

假设整个系统中使用了2 种不同品牌的CAN 通讯卡，对于用户而言，接入任意设备，其使用方法应完全一致。

在进入程序时，如图4 所示，首先在人机界面选择设备类型。后续进入主程序时根据之前的选择自动完成设备初始化工作，并在主界面提示设备状态。初始化完成后根据指令，进行数据传输和发送等功能，并将数据解析的结果显示在程序主界面。如图5 所示。

图4 初始化界面

图5 程序主界面

2.1 驱动程序设计

设备1、2 分别提供不同的动态链接文件，完成各自的驱动和功能实现。

每种设备的提供的动态链接文件格式和使用方法都不一样，因此，在驱动设计时，将2 个设备分别定义为DevCan1、DevCan2 类，根据使用情况进行选择，然后实例化对象，在实例化时将抽象类的虚方法进行重写。

首先，定义一个抽象基类DevClass。类定义包含ID、波特率、数据格式等字段，用以配置使用环境。基类方法包括InitialCan()和CloseCan()方法，这两个方法用于设备初始化和关闭。在函数内分别各自调用原厂家提供的动态链接库实现。再次，定义2 个接口，分别为发送数据ISendMessage、接收数据IRec-Data 函数。每个接口实现函数的返回值一致（例如，0表示失败，1 表示成功）。因此，同样结果对应用层处理逻辑就是一致的。

若使用设备1，则实例化对象设备1，并继承于基类，支持发送、接收2 个接口。在发送和接收过程中，将待发送和接收的数据存放于数组中，供应用层调配。

同理，若使用设备2，则实例化设备2，并完成相应配置。

下面以初始化为例，具体实现代码如下：

2.2 应用层程序设计

应用层与驱动层的数据交互采用共享数组的方式。驱动层完成设备驱动后，将事件和所需数据整理后，传递到应用层。应用层负责接收、响应事件，并解析、处理数据。在主程序中定义委托，将方法封装在委托对象内，实现传递回调函数的作用，多个委托可以完成多种事件的订阅，事件订阅对于使用的设备可不必关心。程序中将接收和发送数据事件分别定义，具体代码（以设备1 为例）如下：

在应用层建立2 个线程，分别用于接收数据、发送指令，各线程独立工作，互不影响，从而提高程序的执行效率。线程中处理委托中的订阅事件，执行相应操作，实现数据交换和通讯功能。程序架构如图6所示。

图6 程序架构

3 结论

本文设计了针对不同CAN 通信设备的通用上位机应用程序，在同一应用程序中，利用接口和类完成不同设备的驱动，为应用层提供数据和事件。应用层只负责事件和数据处理，与驱动的设备无关，应用层针对不同设备的事件处理逻辑一致。在实际使用中，新增设备只需进行驱动部分的设计，完成对应接口的功能，就能直接使用，这样能够快速开发完成程序，提高通用性，缩短了开发周期。经过试验验证，此方法能够有效、正确实现多设备同时驱动的目标。