1 引言 組態(tài)軟件作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，目前已經(jīng)在各個行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。組態(tài)軟件伴隨著DCS及計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展而逐漸成熟進(jìn)來，組件化、分布式已經(jīng)成為組態(tài)軟件的基本特征。優(yōu)秀的組態(tài)軟件大多將它的實(shí)時數(shù)據(jù)庫、HMI、I/O服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器等幾個主要部分設(shè)計成分別可獨(dú)立運(yùn)行的組件。這些組件可以同時運(yùn)行在一臺計算機(jī)內(nèi)，也可以分布式地運(yùn)行在不同的計算機(jī)內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)等方式實(shí)現(xiàn)組件間的通信。這種體系結(jié)構(gòu)可以讓用戶靈活地配置自己的系統(tǒng)，合理地分配各個服務(wù)器的運(yùn)算負(fù)荷。 但實(shí)現(xiàn)組件化同時也帶來了軟件設(shè)計上的復(fù)雜性。特別是如何實(shí)現(xiàn)組件間的高效、實(shí)時、可靠地通信成為一個關(guān)鍵問題。 　　 2 組件間通信技術(shù) 組件間在實(shí)現(xiàn)通信過程時，包括兩種方式：本地方式和遠(yuǎn)程方式。在設(shè)計時，可以考慮將本地方式作為遠(yuǎn)程方式的基礎(chǔ)?；蛘哒f，實(shí)現(xiàn)了本地通信，也就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程通信。因為可以將組件間交換的數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程方式，傳送到目的機(jī)后，再通過本地方式與遠(yuǎn)程組件通信。下面我們分別討論如何實(shí)現(xiàn)組件間的本地通信和遠(yuǎn)程通信。 　　 3 本地通信 組件間實(shí)現(xiàn)本地通信時，在底層上要解決的本質(zhì)問題上是進(jìn)程間通信問題。進(jìn)程間通信是一種與OS密切相關(guān)的技術(shù)。本文所介紹的方法是以微軟的Windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。Windows各個版本的操作系統(tǒng)都提供了豐富的進(jìn)程間通信手段。從早期版本提供的管道、郵件槽、DDE技術(shù)，到后來推出的COM技術(shù)，以及目前最新的“.NET”中提供的全新方法等。本文介紹的技術(shù)屬于“傳統(tǒng)”技術(shù)，它的基礎(chǔ)是Windows的消息傳遞功能，同時輔助內(nèi)存文件映射和信號量技術(shù)。筆者認(rèn)為這種方法有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： 　　 1）、實(shí)現(xiàn)簡便。因為涉及的技術(shù)都不很復(fù)雜，因此實(shí)現(xiàn)起來比較容易。 2）、實(shí)時性高。這種方法使用的都是OS的底層技術(shù)，中間環(huán)節(jié)少，運(yùn)行效率高，可以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)通信。 3）、移植性好。因為采用的是OS底層技術(shù)，這種方法受OS版本升級的影響很小，也很容易移植到非Windows操作系統(tǒng)上。而某些進(jìn)程間通信技術(shù)，如DDE，在新版的Windows操作系統(tǒng)上已經(jīng)不再被支持。其它一些技術(shù)也因OS升級在接口形式和實(shí)現(xiàn)方法上發(fā)生了很大變化，使應(yīng)用程序受到影響。 4）、功能可控性好。這里的可控性是指開發(fā)人員在使用一種技術(shù)時，能否有效地控制這種技術(shù)的運(yùn)用。例如，開發(fā)人員在選用一種技術(shù)時，如果這種技術(shù)作了過多的封裝，雖然應(yīng)用簡單，但要實(shí)現(xiàn)自己的靈活控制時就會處處受縛。 5）、可靠性易控。這一點(diǎn)與上面提到的可控性是相關(guān)的。操作系統(tǒng)越是底層的技術(shù)，可靠性就越強(qiáng)。封裝得越多的技術(shù)，其可靠性就越無法控制。 6）、對系統(tǒng)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。這個問題可以用一個簡單的例子說明：用過基于COM/DCOM技術(shù)開發(fā)的軟件產(chǎn)品（如：OPC類軟件）的用戶，很多人都經(jīng)歷過因不同系統(tǒng)環(huán)境而必須面對COM/DCOM復(fù)雜配置的困惑。 　　 本地通信在計算模式上仍然屬于C/S結(jié)構(gòu)。主要問題是如何實(shí)現(xiàn)多個Client與Server之間快速、并發(fā)式的數(shù)據(jù)交換。下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)行說明。 假設(shè)Client和Server是采用這種技術(shù)的客戶端和服務(wù)器端程序，它們都是基于窗口的獨(dú)立進(jìn)程。每次進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時Client向Server發(fā)送一個請求報文，Server收到請求報文后，再向Client回復(fù)一個應(yīng)答報文，如此不斷往復(fù)。 因為可能有多個Client與同一Server同時進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換，因此上述交互過程必須采用異步方式方能保證可靠性和并發(fā)性。為了實(shí)現(xiàn)方便，需要抽象一個專用于進(jìn)程通信的中間件ICom以供各個Client同時調(diào)用。ICom提供3個最基本的接口： 　　 1）、Open（）。在這個接口里ICom實(shí)現(xiàn)的功能包括：初始化用于數(shù)據(jù)交換的內(nèi)存映射文件、創(chuàng)建上行（Client到Server）和下行（Server到Client）事件通知的信號量對象、創(chuàng)建用于防止共享沖突的信號量對象，啟動服務(wù)線程，同時Client向Server發(fā)送消息進(jìn)行身份認(rèn)證和注冊。 2）、Close（）。Client在關(guān)閉進(jìn)程或斷開與Server的通信時調(diào)用該接口。這個接口ICom要釋放在執(zhí)行Open（）方法時創(chuàng)建的對象資源，同時Client向Server發(fā)送消息執(zhí)行注銷操作。 3）、SendMessage（）。Client向Server發(fā)送報文時調(diào)用該接口。 　　 這里重點(diǎn)介紹報文的傳遞過程。 當(dāng)Client調(diào)用ICom的SendMessage（）方法向Server發(fā)送報文時，需要使用信號量控制時序。當(dāng)用SDK函數(shù)SendMessageTimeout（）將報文發(fā)送給Server后，通過信號量等待Server的回復(fù)，一旦等到回復(fù)信號，便知道Server已經(jīng)將回復(fù)報文放到內(nèi)存映射文件中，就可以取得該報文并以參數(shù)的形式傳遞給Client。 　　 為了接收對方發(fā)送的消息，Server程序的主窗口類上要增加消息“WM_COPYDATA”的映射函數(shù)。當(dāng)Client調(diào)用ICom的SendMessage（）方法向Server發(fā)送報文時，Server會立刻接收到WM_COPYDATA消息，并通過消息參數(shù)獲取報文信息。但是Server在接收到請求報文后并不立即處理、回復(fù)，要首先用ReplyMessage（）方法對WM_COPYDATA消息進(jìn)行應(yīng)答，以免對方進(jìn)程發(fā)生無謂等待，然后將報文放到內(nèi)部緩沖隊列中，再向自身的主窗口用PostMessage（）發(fā)送一個通知消息，在另外一個消息映射函數(shù)中處理緩沖隊列中的請求報文。Server的這種處理機(jī)制是保證交互過程為異步方式的關(guān)鍵。這種異步機(jī)制非常重要，它可以在多個Client程序與Server之間進(jìn)行頻繁的大數(shù)據(jù)量交換時合理地分配CPU資源，避免發(fā)生“死鎖”現(xiàn)象。 Server解析請求報文的內(nèi)容，將回復(fù)報文放至ICom中分配的內(nèi)存映射文件中，并通過信號量通知ICom接收回復(fù)報文。一次完整信息交互過程完成。 報文的格式由報頭和數(shù)據(jù)尾兩部分組成。報頭為固定結(jié)構(gòu)，其中要包含消息號、數(shù)據(jù)長度、Client的ID等信息。數(shù)據(jù)尾部分為不定長的任何內(nèi)容。 　　 3 遠(yuǎn)程通信 遠(yuǎn)程通信完全建立在本地通信的基礎(chǔ)之上。但要增加兩個專用于網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的組件：NetClient和NetServer。NetClient和NetServer也是兩個完全獨(dú)立的進(jìn)程。以采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)為例，NetClient和NetServer分別相當(dāng)于Socket client和Socket server端。NetClient和NetServer并不關(guān)心傳送的報文的內(nèi)容，它們只負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)連接的建立、報文的傳輸、網(wǎng)絡(luò)通信故障時的數(shù)據(jù)緩存與恢復(fù)等。 仍結(jié)合上一節(jié)中的實(shí)例。當(dāng)Client程序與Server進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換時，Client將與NetClient運(yùn)行在同一計算機(jī)內(nèi)，而Server與NetServer運(yùn)行在同一計算機(jī)內(nèi)。此時ICom將Client的請求報文首先通過本地通信方式發(fā)送給NetClient，再由NetClient通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程的NetServer，然后由NetServer通過本地通信方式傳送給Server。而Server的回復(fù)報文的傳送過程正好相反。 在實(shí)際開發(fā)產(chǎn)品時，NetClient和NetServer可以設(shè)計成為更具廣泛意義上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件。除了支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，還可以支持UDP/IP、串行通信、GPRS等任何一種通信形式。而無論使用哪一種通信方式對于Client和Server來說都是完全透明的，這也正是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)組件化的優(yōu)勢所在。 　　 4 結(jié)束語 組件間通信技術(shù)是設(shè)計組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)通信類軟件的關(guān)鍵技術(shù)之一。如何能夠在實(shí)現(xiàn)快速、高效、多用戶并發(fā)處理的前提下，保證可靠性、靈活性和廣泛適應(yīng)性，值得設(shè)計人員思考。本文介紹的技術(shù)在筆者設(shè)計的組態(tài)軟件產(chǎn)品中多處得到運(yùn)用，經(jīng)過逾千應(yīng)用案例的證明是成熟可靠的。