以.NET MF为依托，打造物联网时代轻量级嵌入式组态系统

作者: 叶帆 发表于 2010-09-20 22:47 原文链接 阅读: 1486 评论: 12

1 前言

在工控领域，组态软件司空见惯，国外的iFix、InTouch、WinCC，国内的组态王、力控、MSCG等等。组态软件的出现彻底解决了软件重复开发的问题，实现模块级复用，好处不仅仅是提高了开发效率，降低了开发周期，更大的优势的是成熟模块的复用，大大提高了系统稳定性和可靠性。

所谓组态（Configuration），就是模块化任意组合（类似积木玩具）。组态软件的主要特点有：

（1）、延展性。所谓延展性，就是系统的延续和易于扩展性，用组态软件开发的系统，当现场或用户需求发生改变时（包括硬件设备或系统结构的改变），用户无需做很多修改，就可以很方便地完成系统的升级和改造；

（2）、易用性。组态软件对底层功能都进行了模块级封装，对于用户，只需掌握简单的编程语言（内嵌的脚本语言，类Basic或类C语言），甚至不需要编程技术，就能很好地，通过组态配置的方式完成一个复杂系统的开发和集成；

（3）、通用性。不同用户根据系统的不同，利用组态软件提供的I/O驱动（如PLC、仪表、板卡、智能模块、变频器等等驱动）、数据库和图元，就能完成一个具有动画、实时数据处理、历史数据和图表并存，且具有多媒体功能和网络功能的系统工程，不受领域或行业限制。

但是无论是基于PC平台的组态软件还是基于ARM系统的嵌入式组态软件，其组态粒度都显过大，大部分通过串口、网口、CAN等通道把个系统模块连接在一起，在一定程度上增加了系统构建的成本和代价。

而以.NET MF为依托构建的轻量级嵌入式组态软件（TinyIOs）就很好的解决了上述问题，除支持常规的串口、网口、CAN外，还支持USB、Wifi、ZigBee、SPI、I2C等通道，SPI、I2C片级总线的支持加上强大的托管代码（C#）开发能力，使嵌入式硬件系统真正的组态化、模块化成为可能，这项技术的推出，无疑为快速打造形态各异，功能不同的产品提供了最有力的支撑，完全符合新时代科技、绿色、环保的发展理念。

2 TinyIOs简介

TinyIOs，就是Tiny I/O Server的简称，在物联网、云计算时代，一切以数据为中心，不同的传感器通过不同的方式联入网络，通过云计算的方式为不同的终端用户提供服务。为了适应这种新形势的发展，加速和降低各种传感器、智能模块的入网代价，以微软成熟的.NET Micro Framework系统为基础，打造出物联网时代的轻量级嵌入式组态系统 —— TinyIOs。

2.1 .NET Micro Framework简介（略）

2.2 TinyIOs系统架构

TinyIOs由三大部分构成，一是TinyIOs运行时，包含IODB、IOBC、驱动引擎和策略引擎四部分；二是应用模块，包含驱动、策略和IO数据三部分；三是TinyIOs IDE环境，该工具和Microsoft Visual Studio开发工具一起共同完成驱动、策略的开发、配置及部署工作。

系统架构图（如下图所示）：

  

 TinyIOs和.NET MF关系图（如下图所示）

2.3 IODB（略）

2.4 IOBC（略）

2.5驱动开发

一个驱动程序可对应一种设备，也可以对应一类设备，关键在于设备支持的协议是私有的，还是公开的，一般公开的协议，如Modbus，不同厂家的智能设备都有不同程度的支持，凡支持该协议的设备，都可以通过共同的设备驱动进行访问，唯一不同的就是访问的数据类型，起始地址，数据长度等参变量的不同而已。

2.5.1 驱动接口类

    public interface IDriver

    {

        DeviceInfo GetDriverInfo();

        int OnStart(Device device, IDeviceOperate operate);

        int OnScan(Device device, IDeviceOperate operate);

        int OnEnd(Device device, IDeviceOperate operate);

}

2.5.2 通信方式

    public enum DeviceConnMode

    {

        SerialPort = 0,

        Ethernet,

        CAN,

        USB,

        SPI,

        I2C,

        SDIO,

        Zigbee,

        AD,

        DA,

        I,

        Q,

        PWM,

        Other,

 }

2.5.3 驱动配置信息类

public class DeviceInfo

    {

        public string Name;                         //32byte,驱动名称（要保证唯一）

        public string Ver;                          //16byte,版本信息

        public string Explain;                      //64byte,说明

        public string Developer;                    //16byte,开发者

        public string Date;                         //16byte,日期

        public int AutoFlag;                        //自动化标志 0 - 系统为你初始化通信接口

 1 - 由驱动程序本身完成通信接口初始化

        public DeviceConnMode ConnMode;             //通信方式

        public string Manufacturer;                 //64byte,设备制造商

        public string DeviceType;                   //32byte,设备类型

        //设备参数

        public string PortAddrExplain;              //硬件端口名称   空为无效项

        public string PortAddrValue;                //硬件端口默认值 项选择（如果有的话）用"|"

分隔开，默认项为第一个

        public string PortConfigExplain;            //端口参数名称   空为无效项

        public string PortConfigValue;              //端口参数默认值 项选择（如果有的话）用"|"

 分隔开，默认项为第一个

        public string DeviceAddrExplain;            //设备地址名称   空为无效项

        public string DeviceAddrValue;              //设备地址默认值 项选择（如果有的话）用"|"

分隔开，默认项为第一个

        public string DeviceConfigExplain;         //设备参数名称   空为无效项

        public string DeviceConfigValue;            //设备参数默认值 项选择（如果有的话）用"|"

分隔开，默认项为第一个

        //项参数

        public string[] ItemExplain;                //8*32 byte,连接项名称

        public string[] ItemValue;                  //8*4 byte 默认值 项选择（如果有的话）用

"|" 分隔开，默认项为第一个

}

2.5.4 驱动的执行

驱动除了按设定的扫描时间周期执行外，还可以把扫描时间设置为0，表示不会自动运行。设置为该模式的驱动，一般被策略程序直接调用而得以执行。

2.6 策略开发

可以把TinyIOs运行时想象成一个支持多任务的操作系统，这样每个策略的OnRun接口，都可以当成一个进程的Main函数，唯一不同的是，这个Main函数被调用的机制多种多样（参见策略执行模式）。

策略就是一段代码，一段标准的.NET Micro Framework程序，可以根据项目的需求充分访问.NET Micro Framework已有的开发资源(如各类库函数)，编写实现任意功能的代码模块。

2.6.1 策略接口类

    public interface IStrategy

    {

        string GetStrategyName();

        int OnRun(IDeviceOperate operate, int parameter);

}

2.6.2 策略执行模式

public enum StrategyRunMode

    {

        None = 0,      //无动作  

        Loop,          //循环执行

        System_Loop,   //系统循环执行

//事件驱动

        Event_System_Start_Before,      

        Event_System_Start_After,

        Event_System_End_Before,

        Event_System_End_After,

        Event_System_Error_Process,

        Event_Driver_Scan_Before,

        Event_Driver_Scan_After,

        Event_Driver_Start_Before,

        Event_Driver_Start_After,

        Event_Driver_End_Before,

        Event_Driver_End_After,

 }

2.6.3 策略另类功能

     策略除了按策略执行模式执行外，策略之间还可以互相调用，并且还可以直接调用指定名称的驱动程序的执行。

2.7 TinyIOs项目存储（略）

3 TinyIOs IDE简介

详情请观看视频：http://video.sina.com.cn/v/b/38583321-1804832611.html

4 TinyIOs应用实例（远程医疗系统）

5相关资源

1、官方网址

http://www.microsoft.com/netmf/default.mspx

2、官方博客

http://blogs.msdn.com/netmfteam/

3、中文博客

http://blog.csdn.net/yefanqiu

http://www.cnblogs.com/yefanqiu

4、中文论坛

http://space.cnblogs.com/group/MFSoft

http://social.msdn.microsoft.com/Forums/zh-CN/microframeworkzhchs/threads

5、V4.0 SDK下载

http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyId=77dbfc46-14a1-4dcf-a809-eda7ccfe376b&displaylang=en

6、V4.0 PortingKit（源码）下载

http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?displaylang=en&FamilyID=16fa5d31-a583-4c0d-af74-f4d5e235d5bc

7、.NET Micro Framework低价开发板

   http://item.taobao.com/item.htm?id=7117999726

 

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