OPC DA 服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　接口與對(duì)象：在各層次對(duì)象與接口的關(guān)系處理中，可以采用兩種方法：多繼承的方式，將Server/Group 對(duì)象繼承自每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的接口;或者采用聚合的方式，Server/Group 對(duì)象包含接口對(duì)象。本例采用的是第二種方式，該方式可以將使接口的編寫相對(duì)獨(dú)立，以方便測(cè)試，并且有利于自動(dòng)化接口的可選擇實(shí)現(xiàn)。

　　服務(wù)器使用 VC++編程，包含以下幾個(gè)主要的類：

　　COPCServer：Server 對(duì)象的類，管理IOPCCommon，IOPCServer，IConnectionContainer等接口;

　　COPCGroup：Group 對(duì)象的類，管理IOPCItemMgt，IOPCGroupStateMgt，IOPCSyncIO，IOPCAsyncIO，IConnectionContainer 等接口;

　　其他接口類：每個(gè)接口還對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)現(xiàn)類(如：CIOPCItemMgtImp 是IOPCItemMgt 的具體實(shí)現(xiàn))，該類完成OPC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)應(yīng)接口的功能函數(shù)，類的實(shí)例化對(duì)象將以聚合的方式接受Server 或Group 對(duì)象的管理;

　　數(shù)據(jù)緩存區(qū)的構(gòu)造：在 OPC 服務(wù)器中，Cache 是重要的部分，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)將直接影響數(shù)據(jù)訪問的速度，它負(fù)責(zé)將從設(shè)備中讀取的數(shù)據(jù)先存放在數(shù)據(jù)緩存區(qū)，供同步或異步讀取。緩存區(qū)內(nèi)存可以采用連續(xù)存儲(chǔ)，鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)和哈希存儲(chǔ)。其中，考慮到存取速度和方便管理，該服務(wù)器選擇采用連續(xù)存儲(chǔ)的方式。該方式可以隨機(jī)存取數(shù)據(jù)，但存取數(shù)據(jù)的數(shù)量不宜過大，如果需要存取較大數(shù)量的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則推薦采用哈希存儲(chǔ)方式。對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，都包含有三個(gè)基本屬性：數(shù)值(Value)，時(shí)間戳(Time Stamp)和數(shù)據(jù)品質(zhì)(Quality)。從數(shù)據(jù)源中訪問到的數(shù)據(jù)項(xiàng)將按照線性方式存儲(chǔ)到連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域中;每次對(duì)緩存區(qū)的訪問都需要進(jìn)行加鎖，以防止出現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行讀操作和寫操作。

　　2.3 輪詢方式對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行訪問：

　　由于服務(wù)器是單獨(dú)不斷從數(shù)據(jù)源讀取數(shù)據(jù)，因此可以采用單獨(dú)的線程，按時(shí)間輪詢的方式，每隔一段時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行訪問，這個(gè)時(shí)間也就成為服務(wù)器支持的最短數(shù)據(jù)訪問時(shí)間。服務(wù)器的主要工作流程：

　　(1) 每隔一段時(shí)間進(jìn)行輪詢操作;

　　(2) 如果掃描時(shí)間到，訪問數(shù)據(jù)源;否則，至(3);如果有訂閱請(qǐng)求，回調(diào)訂閱函數(shù);

　　(3) 如果有刷新請(qǐng)求，回調(diào)刷新函數(shù);如果有異步讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求，讀取數(shù)據(jù)并回調(diào)異步讀函數(shù);如果有異步寫請(qǐng)求，將數(shù)據(jù)寫入外部設(shè)備;

　　(4) 返回(1);

　　服務(wù)器中該循環(huán)的主要功能，主要用來進(jìn)行異步數(shù)據(jù)存取，訂閱及刷新。而對(duì)于同步訪問等操作，由于需要服務(wù)器立即存取數(shù)據(jù)然后返回結(jié)果，因此其實(shí)現(xiàn)并不在該主循環(huán)中，而是針對(duì)其接口單獨(dú)編寫一個(gè)類，用來實(shí)現(xiàn)同步存取接口函數(shù)的功能。

　　2.4 OPC DA 的數(shù)據(jù)訪問方式

　　OPC DA 對(duì)數(shù)據(jù)的訪問主要分為以下幾種：同步讀，異步讀，訂閱和數(shù)據(jù)刷新;對(duì)數(shù)據(jù)源的操作又可以分為直接從設(shè)備讀取和從Cache 中讀取。這兩者的組合構(gòu)成了對(duì)數(shù)據(jù)源的訪問規(guī)則，OPC 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)訪問規(guī)則進(jìn)行了詳細(xì)的描述。在這幾種數(shù)據(jù)訪問中，同步讀接口可以實(shí)現(xiàn)少量，快速的數(shù)據(jù)讀取，異步讀則是提交一個(gè)請(qǐng)求，然后返回，等服務(wù)器完成數(shù)據(jù)讀取后回調(diào)函數(shù)。與同步讀相比，異步讀更能提高OPC Client 的使用效率，防止OPC 服務(wù)器尚未訪問到數(shù)據(jù)時(shí)，造成客戶端的等待。訂閱異步讀大致相同，每當(dāng)訪問數(shù)據(jù)源后自動(dòng)將數(shù)據(jù)提交給客戶端。

　　圖 2 OPC 服務(wù)器中采用的可連接對(duì)象結(jié)構(gòu)模型

　　在 OPC DA2.0 和OPC DA3.0 中的異步通訊機(jī)制中，使用到了連接點(diǎn)容器/連接點(diǎn)接口[1]，取代了原來OPC DA1.0 中的直接注冊(cè)/回調(diào)的模式。能夠更靈活的支持多個(gè)連接點(diǎn)和連接。在可連接對(duì)象模式中，每個(gè)可連接對(duì)象可以包含多個(gè)連接點(diǎn)，每個(gè)連接點(diǎn)支持一種回調(diào)接口;每個(gè)連接點(diǎn)上可以連接多個(gè)客戶端;回調(diào)接口由客戶端實(shí)現(xiàn)，可連接對(duì)象通過回調(diào)函數(shù)于客戶端進(jìn)行交互。

　　在 OPC DA 服務(wù)器中，可連接對(duì)象包括Server 對(duì)象和Group 對(duì)象兩種，Server 對(duì)象只支持一個(gè)IOPCShutdown 回調(diào)接口，而異步數(shù)據(jù)交換等重要的功能位于Group 對(duì)象中。在OPC 組對(duì)象中，包含一個(gè)連接點(diǎn)對(duì)象，該對(duì)象支持IOPCDataCallback 回調(diào)接口，連接點(diǎn)可以連接多個(gè)客戶端，當(dāng)異步訪問完成時(shí)，服務(wù)器同過可連接對(duì)象通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的回調(diào)函數(shù)，通知每個(gè)已經(jīng)注冊(cè)的客戶端。

　　2.5 基于適配器模式的數(shù)據(jù)采集

　　OPC DA 服務(wù)器的最重要功能，就是從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)源的多樣性，可以是磁盤映射的數(shù)據(jù)文件，串口或者是專門的數(shù)據(jù)采集卡。為了設(shè)計(jì)一個(gè)通用的架構(gòu)，便于以后升級(jí)或訪問其他不同類型的數(shù)據(jù)源。一個(gè)可行的解決方法就是，添加一個(gè)適配層，設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問接口，對(duì)有不同數(shù)據(jù)格式的采集，寫入等操作，都從該接口繼承，從而針對(duì)不同的數(shù)據(jù)采集方式完成相應(yīng)的功能。這樣，使服務(wù)器在整體不需改變的情況下，能夠適應(yīng)多種數(shù)據(jù)源的情況。其大致的結(jié)構(gòu)如下圖所示

　　圖 3 使用適配器模式的IOPCItem 接口

　　IOPCItem 接口：該接口定義了對(duì)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問的虛函數(shù)，包括讀取(ReadValue)，和寫入(WriteValue)函數(shù);在進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)，需針對(duì)不同的數(shù)據(jù)源需要具體實(shí)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)組對(duì)象掃描該組成員項(xiàng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問時(shí)，它將直接調(diào)用IOPCItem 接口。該接口是一個(gè)虛基類，其具體實(shí)現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)源有關(guān);對(duì)于將要訪問的外部設(shè)備，其存取數(shù)據(jù)的格式和驅(qū)動(dòng)可能不同;IOPCItem 接口對(duì)此并不作具體規(guī)定，只是定義了虛函數(shù)，用來讀取和寫入數(shù)據(jù);其具體的編碼實(shí)現(xiàn)需要由OPC DA 服務(wù)器將要訪問的外部設(shè)備決定。這樣，將數(shù)據(jù)訪問同具體的數(shù)據(jù)源分開，減少了耦合，使同一服務(wù)器架構(gòu)可以滿足多種業(yè)務(wù)需求。