【產(chǎn)品應(yīng)用】用 AWTK 和 AWPLC 快速開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用程序 (9)- 模塊化

AWPLC 為模塊化編程提供了良好支持，本文以簡(jiǎn)化版的紅綠燈為例，把狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯封裝成獨(dú)立的功能塊，演示了AWPLC模塊化編程的基本方法。

?背景

AWTK全稱(chēng) Toolkit AnyWhere，是 ZLG 開(kāi)發(fā)的開(kāi)源 GUI 引擎，旨在為嵌入式系統(tǒng)、WEB、各種小程序、手機(jī)和 PC 打造的通用 GUI 引擎，為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大、高效可靠、簡(jiǎn)單易用、可輕松做出炫酷效果的 GUI 引擎。

AWPLC是 ZLG 自主研發(fā)的 PLC 系統(tǒng)（兼容 IEC61131-3)，其中 AWPLC 的運(yùn)行時(shí)庫(kù)(Runtime)基于 ZLG TKC 開(kāi)發(fā)，可以移植到到任何主流 RTOS 和嵌入式系統(tǒng)。AWPLC 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)基于 AWTK 開(kāi)發(fā)，可以運(yùn)行在 Windows、MacOS 和 Linux 系統(tǒng)之上。AWPLC 的主要目標(biāo)之一是把 PLC 中低代碼開(kāi)發(fā)方法引入到嵌入式軟件，從而提高嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)效率和可靠性。

簡(jiǎn)介

模塊化思維是每個(gè)程序員必備的技能。模塊化說(shuō)起來(lái)也很簡(jiǎn)單，就是把一組相關(guān)的東西封裝起來(lái)，使用者只能通過(guò)接口去訪問(wèn)模塊的功能。模塊是一個(gè)抽象的東西，可大可小，大模塊可以分成稍小的模塊，稍小的模塊可以繼續(xù)細(xì)分成更小的模塊，具體細(xì)分到什么程度，要看個(gè)人習(xí)慣和具體情況。

高內(nèi)聚低耦合是每個(gè)模塊必備的品質(zhì)。高內(nèi)聚是說(shuō)，只把功能強(qiáng)相關(guān)的東西放到一個(gè)模塊內(nèi)，不要把關(guān)系不大或者不相關(guān)的東西放在一起。低耦合是說(shuō)，模塊之間的關(guān)系松散，各自獨(dú)立變化，而互相不影響。當(dāng)然這是理想的情況，是大多數(shù)情況下應(yīng)該遵循的基本原則，真實(shí)場(chǎng)景中可以根據(jù)具體情況做些取舍。

模塊化的主要目的有兩個(gè)：

降低系統(tǒng)復(fù)雜度。在進(jìn)行軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要對(duì)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解，把系統(tǒng)分解成一些大模塊，把大模塊分解成小模塊。如果拆分得當(dāng)，模塊具有良好的封裝，理解了模塊的接口，就理解了整個(gè)模塊，這就降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。此時(shí)模塊化是一種自頂向下的行為。

重用。在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)功能在多個(gè)地方用到，就它做成一個(gè)公共函數(shù)，或者提取成一個(gè)類(lèi)，這也是模塊化。此時(shí)模塊化是一種自底向上的行為。通過(guò)重用，可以減少重復(fù)開(kāi)發(fā)帶來(lái)的工作量，也可以減少重復(fù)代碼后期的維護(hù)工作。

AWPLC 是一個(gè)低代碼開(kāi)發(fā)環(huán)境，個(gè)人認(rèn)為低代碼開(kāi)發(fā)的核心要素有三個(gè)，它們都與模塊化息息相關(guān)：

組件標(biāo)準(zhǔn)化。各種功能和算法都按照統(tǒng)一的方式封裝成組件（模塊）。

重用可視化。通過(guò)拖拽把各個(gè)組件組合到一起，就可以實(shí)現(xiàn)需要的功能。

應(yīng)用模版化。把一些常用的應(yīng)用程序做成模版，開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行定制。

由此可見(jiàn)，與傳統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)相比，AWPLC 為模塊化提供了更好的支持。

紅綠燈示例

之前我們用以一個(gè)簡(jiǎn)化版的紅綠燈為例，演示在 AWPLC 中實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的方法。在這個(gè)例子的功能塊圖里，三個(gè)狀態(tài)的邏輯基本上是一樣的，同樣的邏輯重復(fù)兩次，我們還可以忍耐，如果重復(fù)十次，那就讓人抓狂了。本文我們還是用這個(gè)例子，把狀態(tài)轉(zhuǎn)換的邏輯封裝成一個(gè)功能塊，讓這個(gè)應(yīng)用更好理解和維護(hù)。

在采用狀態(tài)機(jī)模式設(shè)計(jì)時(shí)，一般按照下列步驟進(jìn)行：

• 確定系統(tǒng)存在的狀態(tài)，并選取我們關(guān)注的狀態(tài)。比如，在本系統(tǒng)中，我們選取紅燈、黃燈、綠燈三個(gè)狀態(tài)。
• 確定在各個(gè)狀態(tài)下系統(tǒng)的行為。比如，在本系統(tǒng)中，在紅燈狀態(tài)下，點(diǎn)亮紅色 LED 燈；在黃燈狀態(tài)下，點(diǎn)亮黃色 LED 燈；在綠燈狀態(tài)下，點(diǎn)亮綠色 LED 燈。
• 確定各個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的條件。比如，在本系統(tǒng)中，在紅燈狀態(tài)下，超時(shí)進(jìn)入黃燈狀態(tài)下；在黃燈狀態(tài)下，超時(shí)進(jìn)入綠燈狀態(tài)下；在綠燈狀態(tài)下，超時(shí)進(jìn)入紅燈狀態(tài)下。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下圖所示：

1. 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包括：

• 3 個(gè) LED。

2.軟件模擬

• LED 都用軟件模擬。

PLC程序

1.變量定義

1.1全局變量

通常是不提倡使用全局變量的，這會(huì)造成一些不必要的耦合。不過(guò)有時(shí)善用全局變量，可以減小開(kāi)發(fā)工作量，需要根據(jù)情況進(jìn)行取舍。

這里我們把狀態(tài)變量 STATE 定義成全局的，方便在主程序和狀態(tài)轉(zhuǎn)換的功能塊(STATE_TRANS)里共用。

1.2主程序的變量

在主程序中，需要定義幾個(gè)變量：

STATE_RED 表示紅色狀態(tài)，是一個(gè)常量，取值為 1。

STATE_YELLOW 表示黃色狀態(tài)，是一個(gè)常量，取值為 2。

STATE_GREEN 表示綠色狀態(tài)，是一個(gè)常量，取值為 3。

STATE 表示系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)（引用全局變量）。

LED_RED 表示紅色 LED 燈，映射到第 1 個(gè)數(shù)字輸出。

LED_YELLOW 表示黃色 LED 燈，映射到第 2 個(gè)數(shù)字輸出。

LED_GREEN 表示綠色 LED 燈，映射到第 3 個(gè)數(shù)字輸出。

具體配置如下圖所示：1.3?功能塊?(STATE_TRANS)?的變量在 IEC 61131-3 中，把功能塊的變量定義稱(chēng)為接口?(interface)，倒也是挺恰當(dāng)?shù)?，它們確實(shí)是與其它功能塊交互的接口。在設(shè)計(jì)功能塊時(shí)，首先要搞清楚哪些部分是變化的，哪些是不變的。不變的部分固化到功能塊內(nèi)部，變化的部分提取為輸入?yún)?shù)。

在這里我們需要定義幾個(gè)變量：

STATE 表示系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)（引用全局變量）。

CURRENT_STATE 當(dāng)前的狀態(tài)。

NEXT_STATE 下一個(gè)狀態(tài)。

TIMEOUT 超時(shí)的時(shí)間。

LED 是否點(diǎn)亮當(dāng)前狀態(tài)對(duì)應(yīng)的燈。

具體配置如下圖所示：

2.功能塊圖

基本工作原理：

如果系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài) STATE 等于 STATE_RED 時(shí)，表明當(dāng)前處于紅燈狀態(tài)：點(diǎn)亮紅色 LED 燈，定時(shí)器保持工作，當(dāng)定時(shí)器超時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)為黃燈狀態(tài)。

如果系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài) STATE 等于 STATE_YELLOW 時(shí)，表明當(dāng)前處于黃燈狀態(tài)：點(diǎn)亮黃色 LED 燈，定時(shí)器保持工作，當(dāng)定時(shí)器超時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)為綠燈狀態(tài)。

如果系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài) STATE 等于 STATE_GREEN 時(shí)，表明當(dāng)前處于綠燈狀態(tài)：點(diǎn)亮綠色 LED 燈，定時(shí)器保持工作，當(dāng)定時(shí)器超時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)為綠燈狀態(tài)。

主程序的具體實(shí)現(xiàn)如下圖所示：

功能塊(STATE_TRANS)的具體實(shí)現(xiàn)如下圖所示：* 值得注意的是，這里使用了功能塊 MOVE 對(duì)變量進(jìn)行賦值。按道理來(lái)說(shuō)，對(duì)變量進(jìn)行賦值，直接拉根線連接起來(lái)就可以了，為什么還要加個(gè) MOVE 呢？原因在于，這里是條件賦值，即在定時(shí)器超時(shí)的時(shí)候，才對(duì) STATE 進(jìn)行賦值。* 這就需要利用功能的執(zhí)行控制(Execution Control)，當(dāng)功能塊啟用執(zhí)行控制(Execution Control)時(shí)，只有其輸入引腳 EN 為 TRUE 時(shí)，其后續(xù)賦值才生效。

用戶界面

應(yīng)用程序不需要編程，用 AWTK Designer 設(shè)計(jì)好界面，將控件與模型進(jìn)行綁定即可。下面介紹一下控件與模型的綁定方法。這里用的是 AWTK-MVVM，數(shù)據(jù)綁定規(guī)則與 AWTK-MVVM 是完全一樣的。
模型可以用 io、plc 或者 io+plc。io 可以用來(lái)綁定 IO 變量，plc 可以用來(lái)綁定程序 PLC 內(nèi)部變量。示例：

由于符號(hào)%在程序里具有特殊功能，所以在綁定 IO 變量時(shí)，把%換成_。比如：將%QX0.0寫(xiě)作_QX0.0。

示例：

children_layout="default(r=3,c=1,s=10)">

程序界面如下所示（為了方便理解，我們把功能塊圖也放到了界面上）：運(yùn)行效果：系統(tǒng)啟動(dòng)后，三個(gè) LED 燈循環(huán)點(diǎn)亮，和跑馬燈不同的是，三個(gè) LED 點(diǎn)亮的時(shí)間并不完全相同。

*由此可見(jiàn)，在 AWPLC 功能塊圖的幫助下，我們不要寫(xiě) C 代碼或腳本，即可完成應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。AWPLC 用低代碼降低了開(kāi)發(fā)的門(mén)檻，提高了開(kāi)發(fā)的效率。AWPLC 等您來(lái)玩！

AWPLC 目前還處于開(kāi)發(fā)階段的早期，寫(xiě)這個(gè)系列文章的目的，除了用來(lái)驗(yàn)證目前所做的工作外，還希望得到大家的指點(diǎn)和反饋。如果您有任何疑問(wèn)和建議，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)留言。