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本篇內(nèi)容介紹了“C#框架的總體設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)有哪些”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！
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2.1 宿主程序設(shè)計(jì)
作為插件式應(yīng)用框架，要有一個(gè)宿主程序來承載、加載插件，為插件、驅(qū)動(dòng)提供可運(yùn)行的環(huán)境，使宿主程序與插件無縫對(duì)接。宿主程序與插件的關(guān)系是水和魚的關(guān)系，有水沒魚，水就失去了價(jià)值；有魚沒水，魚就會(huì)死去。從關(guān)系的角度來分析，開發(fā)框架的目的是什么？是與其他事物發(fā)生關(guān)系，包括：開發(fā)者、二次開發(fā)者、應(yīng)用者、插件、甚至其他軟件或組件等。發(fā)生的關(guān)系越多、相處越融洽，證明這個(gè)框架的價(jià)值越高。所以說，一個(gè)好的框架平臺(tái)，不僅體現(xiàn)了開發(fā)者的技術(shù)，同時(shí)反應(yīng)了開發(fā)者的情商。
SuperIO框架使用NET反射技術(shù)開發(fā)插件管理機(jī)制，在本章中不詳細(xì)介紹具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，在《第8章 插件引擎設(shè)計(jì)》中再進(jìn)行詳細(xì)的介紹技術(shù)應(yīng)用。
那么一個(gè)框架的宿主程序應(yīng)該怎么樣去設(shè)計(jì)呢？或是說從哪些方面去考慮設(shè)計(jì)問題？在開發(fā)SuperIO框架的時(shí)候，一直在思考這個(gè)問題。首先，這個(gè)問題不應(yīng)該從技術(shù)角度去考慮，而應(yīng)該從人的角度去考慮如何做，應(yīng)用者的角度、二次開發(fā)者的角度來規(guī)劃宿主程序。
從應(yīng)用角度來分析，宿主程序應(yīng)該包括：用戶管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視方式、自定義UI插件顯示方式、自定義輸出數(shù)據(jù)插件操作方式、服務(wù)插件的服務(wù)方式、軟件運(yùn)行的監(jiān)視方式、串口IO通道監(jiān)視方式、網(wǎng)絡(luò)IO通道監(jiān)視方式等等。這些是我們從大的方向規(guī)劃的，還需要再進(jìn)一步細(xì)化，指引我們的開發(fā)工作。
用戶管理，要支持多用戶以及用戶權(quán)限分配。針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集框架，面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的時(shí)候，肯定會(huì)涉及到兩個(gè)角色：使用人員、工程師人員。針對(duì)使用人員的權(quán)限定位：可以查看參數(shù)和數(shù)據(jù)信息。針對(duì)工程師人員的權(quán)限定位：不僅擁有使用人員的權(quán)限，還可以修改參數(shù)。用戶管理的菜單，如下圖：
設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理，設(shè)備驅(qū)動(dòng)（插件）是通過接口、抽象類設(shè)計(jì)的框架核心部分之一，可以把二次開發(fā)好的設(shè)備插件加載到框架中運(yùn)行，完成數(shù)據(jù)采集、校驗(yàn)、解析、處理等相關(guān)操作，以及進(jìn)行命令、數(shù)據(jù)的交互。同時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理還應(yīng)該具體刪除相關(guān)的設(shè)備插件的功能。增加設(shè)備插件，如下圖：
設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視方式，我們可以把它稱為“設(shè)備運(yùn)行器”，它并不是對(duì)不同類型設(shè)備驅(qū)動(dòng)的所有參數(shù)、屬性等數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單顯示，而是對(duì)設(shè)備通用參數(shù)、屬性、實(shí)時(shí)狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、監(jiān)視，例如：設(shè)備ID、設(shè)備名稱、地址、通訊類型、IO參數(shù)、IO狀態(tài)、通訊狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備類型和編號(hào)等。如下圖：
自定義UI插件顯示方式，二次開發(fā)者在規(guī)范的接口基礎(chǔ)上開發(fā)數(shù)據(jù)顯示方式，掛載到框架的配置文件中，當(dāng)用戶單擊某一個(gè)顯示視圖的時(shí)候，以Tab Form的形式顯示，并且可以單擊按鈕進(jìn)行關(guān)閉，如下圖：
自定義輸出數(shù)據(jù)插件操作方式，這種輸出數(shù)據(jù)的是對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，更多的是以事務(wù)性的服務(wù)存在，可以把一類的設(shè)備數(shù)據(jù)輸出成多種數(shù)據(jù)格式。輸出數(shù)據(jù)插件可以通過配置文件進(jìn)行加載，只要設(shè)備驅(qū)動(dòng)有數(shù)據(jù)更新，就把數(shù)據(jù)通過接口傳遞給輸出數(shù)據(jù)插件，進(jìn)行輸出操作。不在配置文件中配置插件信息，則程序不進(jìn)行加載，不進(jìn)行輸出操作。所以，這種事務(wù)性的服務(wù)不需要界面來完成，可以在宿主程序啟動(dòng)時(shí)通過代碼來完成。
服務(wù)插件的服務(wù)方式，這種服務(wù)是長(zhǎng)期運(yùn)行的事務(wù)性任務(wù)，所以更復(fù)雜一些。有些服務(wù)需要隨宿主程序啟動(dòng)而自動(dòng)運(yùn)行，有些服務(wù)需要人工手動(dòng)啟動(dòng)才運(yùn)行。在宿主程序啟動(dòng)的時(shí)候要把服務(wù)的信息加載到菜單上，菜單里顯示的這些服務(wù)可能有些已經(jīng)啟動(dòng)了，有些需要通過單擊操作，顯示窗體并填寫必要的信息后才可能啟動(dòng)。所以，宿主程序與服務(wù)插件不是單向交互，而是雙向數(shù)據(jù)、事件交互。例如：把設(shè)備的數(shù)據(jù)采集上來、處理之后，要把數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)中心或其他區(qū)域，就可以開發(fā)一個(gè)插件來完成這項(xiàng)任務(wù)，如下圖：
軟件運(yùn)行的監(jiān)視方式，這是一種實(shí)時(shí)日志監(jiān)視器，可以監(jiān)視框架運(yùn)行情況、以及設(shè)備的運(yùn)行情況。把異常的信息可以友好的顯示出來，把異常的詳細(xì)信息保存到日志文件。我們可以把它稱為“運(yùn)行監(jiān)測(cè)器”，對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集框架的運(yùn)行是很有幫助的。如下圖：
串口IO通道監(jiān)視方式，當(dāng)某一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)以串口方式通訊時(shí)，當(dāng)串口參數(shù)動(dòng)態(tài)發(fā)生改變時(shí)會(huì)在串口監(jiān)視器反映當(dāng)前串口IO狀態(tài)，例如：增加串口、刪除串口、串口號(hào)和波特率的改變等。如下圖：
網(wǎng)絡(luò)IO通道監(jiān)視方式，相對(duì)好設(shè)計(jì)一些，只需要對(duì)Socket實(shí)例的連接和斷開進(jìn)行事件反映，Socket實(shí)例有效時(shí)把信息增加到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器中，Socket實(shí)例無效時(shí)，并釋放了相關(guān)資源后，從網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器刪除相關(guān)信息。如下圖：
基于以上的分析，我們需要構(gòu)建一個(gè)完整的宿主程序，必要的功能要有，但是這個(gè)程序不一定很復(fù)雜，因?yàn)橛行┕δ?、響?yīng)、屬性、數(shù)據(jù)等可以放到設(shè)備插件中完成，在《第3章 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)》中詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)情況。構(gòu)建的宿主程序，如下圖：
如果光有了宿主程序，那么還沒有分析全面。還需要以二次開發(fā)者的角度分析宿主程序是否能夠與二次開發(fā)者保持良好的關(guān)系。這里涉及到宿主程序存在的形式問題，宿主程序作為SuperIO框架的一部分，是一個(gè)整體的組件。希望二次開發(fā)者繼承宿主程序就可以快速構(gòu)建一個(gè)自己的主程序，可以在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能，這樣的話，需要把宿主程序的關(guān)鍵控件的訪問權(quán)限設(shè)置成protected。另外，宿主程序還需要一個(gè)配置文件，把二次開發(fā)者關(guān)心的參數(shù)可設(shè)置，例如：標(biāo)題、版本號(hào)、公司名稱等。
經(jīng)過上述的過程，我們就對(duì)宿主程序有一個(gè)清晰認(rèn)識(shí)和規(guī)劃。界面的骨架已經(jīng)搭建出來，在后期的開發(fā)過程序中從細(xì)節(jié)著手，逐步實(shí)現(xiàn)這些功能。但是，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的界面需要很多類、模塊等支撐。以后章節(jié)會(huì)對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)說明。
2.2 通訊機(jī)制設(shè)計(jì)
對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集框架，通訊部分始終是軟件的核心，要求高實(shí)時(shí)性、高穩(wěn)定性。軟件框架決定了軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性，以及以后的擴(kuò)展性，所以需要對(duì)通訊機(jī)制、控制方式進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)。
在《1.通訊框架介紹》中的已經(jīng)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了介紹，所以決定了軟件框架在通訊方面的應(yīng)用有兩種方式：主動(dòng)請(qǐng)求和被動(dòng)接收。
主動(dòng)請(qǐng)求方式又可以稱之為呼叫應(yīng)答方式或主從方式。也就是說，主動(dòng)權(quán)在軟件框架端，只有軟件框架主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求命令，從機(jī)（硬件設(shè)備、傳感器等）接收到命令后并且檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性，以及確定是否發(fā)給自己的命令，校驗(yàn)成功后，返回指定的數(shù)據(jù)信息，完成一次完整的鏈路通訊過程。呼叫應(yīng)答通訊方式，如下圖：
被動(dòng)接收方式是軟件框架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IO通道，只要有數(shù)據(jù)信息就會(huì)提取出來，進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，檢驗(yàn)成功后，分析、處理、保存數(shù)據(jù)信息。例如設(shè)備、傳感器等定時(shí)發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。這種通訊方式，如下圖：
在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景中，這兩種通訊方式都有可能存在，此類情況一般是采用以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行通訊。針對(duì)只有外接串口的設(shè)備可以通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊來接入。
2.1.1 串口通訊機(jī)制
由于串口通訊的特性限制，避免多個(gè)硬件設(shè)備連接到串口總線出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂
現(xiàn)象，一般采用輪詢模式的呼叫應(yīng)答通訊機(jī)制。
2.1.1.1 輪詢模式
當(dāng)有多個(gè)設(shè)備連接到通訊平臺(tái)時(shí)，通訊平臺(tái)會(huì)輪詢調(diào)度設(shè)備進(jìn)行通訊任務(wù)。某一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求命令、等待接收返回?cái)?shù)據(jù)，這個(gè)設(shè)備完成發(fā)送、接收（如果遇到超時(shí)情況，則自動(dòng)返回）后，下一個(gè)設(shè)備才進(jìn)行通訊任務(wù)，依次輪詢?cè)O(shè)備。如下圖：
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)制
輪詢通訊機(jī)制是保證數(shù)據(jù)有序的發(fā)送、接收，避免并發(fā)數(shù)據(jù)在串口總線上出現(xiàn)混亂，但是這種通訊機(jī)制是以降低性能為代價(jià)的，適用于串口通訊，在以太網(wǎng)通訊中顯然無法充分利用網(wǎng)絡(luò)通訊的優(yōu)勢(shì)。以太網(wǎng)是獨(dú)立信道、可以全雙工通訊。為了充分發(fā)揮以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，在輪詢通訊機(jī)制的基礎(chǔ)上增加了并發(fā)通訊模式、自控通訊模式。一是為了提高通訊的性能，二是為了二次開發(fā)有更多自主控制權(quán)。
2.2.2.1 輪詢模式
以太網(wǎng)輪詢通訊模式與串口通訊模式一致，如下圖：
2.2.2.2 并發(fā)模式
并發(fā)通訊模式是集中發(fā)送所有設(shè)備的請(qǐng)求指令，現(xiàn)在SuperIO框架是采用循環(huán)同步方式發(fā)送請(qǐng)求命令。還有進(jìn)一步提高的機(jī)會(huì)，采用并行異步方式集中發(fā)送請(qǐng)求命令。硬件設(shè)備接收到指令后進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后返回對(duì)應(yīng)指令的數(shù)據(jù)，通訊平臺(tái)異步監(jiān)聽到數(shù)據(jù)信息后，進(jìn)行接收操作，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的分發(fā)、處理等。如下圖：
2.2.2.3 自控模式
自控通訊模式與并發(fā)通訊模式類似，區(qū)別在于發(fā)送指令操作交給設(shè)備驅(qū)動(dòng)本身進(jìn)行控制，或者說交給二次開發(fā)者，二次開發(fā)者可以通過時(shí)鐘定時(shí)用事件驅(qū)動(dòng)的方式發(fā)送指令數(shù)據(jù)。硬件設(shè)備接收到指令后進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后返回對(duì)應(yīng)指令的數(shù)據(jù)，通訊平臺(tái)異步監(jiān)聽到數(shù)據(jù)信息后，進(jìn)行接收操作，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的分發(fā)、處理等。
自控通訊模式可以為二次開發(fā)者提供精確的定時(shí)請(qǐng)求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)機(jī)制，使通訊機(jī)制更靈活、自主。如下圖：
并發(fā)模式和自控模式都可被動(dòng)接收數(shù)據(jù)，應(yīng)用場(chǎng)景更加靈活，使軟件框架和硬件設(shè)備的開發(fā)過工作更自由。
2.3 層次示意圖
2.4 模型對(duì)象示意圖
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