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【产品应用】用 AWTK 和 AWPLC 快速开发嵌入式应用程序 (9)- 模块化

AGk5_ZLG_zhiyua 来源:未知 2022-12-07 11:40 次阅读
AWPLC 为模块化编程提供了良好支持,本文以简化版的红绿灯为例,把状态转换逻辑封装成独立的功能块,演示了AWPLC模块化编程的基本方法。


背景

AWTK全称 Toolkit AnyWhere,是 ZLG 开发的开源 GUI 引擎,旨在为嵌入式系统、WEB、各种小程序、手机和 PC 打造的通用 GUI 引擎,为用户提供一个功能强大、高效可靠、简单易用、可轻松做出炫酷效果的 GUI 引擎。

AWPLC是 ZLG 自主研发的 PLC 系统(兼容 IEC61131-3),其中 AWPLC 的运行时库(Runtime)基于 ZLG TKC 开发,可以移植到到任何主流 RTOS嵌入式系统。AWPLC 的集成开发环境(IDE)基于 AWTK 开发,可以运行在 Windows、MacOS 和 Linux 系统之上。AWPLC 的主要目标之一是把 PLC 中低代码开发方法引入到嵌入式软件,从而提高嵌入式软件的开发效率和可靠性。

简介

模块化思维是每个程序员必备的技能。模块化说起来也很简单,就是把一组相关的东西封装起来,使用者只能通过接口去访问模块的功能。模块是一个抽象的东西,可大可小,大模块可以分成稍小的模块,稍小的模块可以继续细分成更小的模块,具体细分到什么程度,要看个人习惯和具体情况。

高内聚低耦合是每个模块必备的品质。高内聚是说,只把功能强相关的东西放到一个模块内,不要把关系不大或者不相关的东西放在一起。低耦合是说,模块之间的关系松散,各自独立变化,而互相不影响。当然这是理想的情况,是大多数情况下应该遵循的基本原则,真实场景中可以根据具体情况做些取舍。

模块化的主要目的有两个:

  • 降低系统复杂度。在进行软件架构设计时,我们需要对一个复杂的系统分解,把系统分解成一些大模块,把大模块分解成小模块。如果拆分得当,模块具有良好的封装,理解了模块的接口,就理解了整个模块,这就降低了系统的复杂度。此时模块化是一种自顶向下的行为。

  • 重用。在进行软件开发时,我们发现一个功能在多个地方用到,就它做成一个公共函数,或者提取成一个类,这也是模块化。此时模块化是一种自底向上的行为。通过重用,可以减少重复开发带来的工作量,也可以减少重复代码后期的维护工作。

AWPLC 是一个低代码开发环境,个人认为低代码开发的核心要素有三个,它们都与模块化息息相关:

  • 组件标准化。各种功能和算法都按照统一的方式封装成组件(模块)。

  • 重用可视化。通过拖拽把各个组件组合到一起,就可以实现需要的功能。

  • 应用模版化。把一些常用的应用程序做成模版,开发者可以根据自己的需要进行定制。

由此可见,与传统的嵌入式开发相比,AWPLC 为模块化提供了更好的支持。

红绿灯示例

之前我们用以一个简化版的红绿灯为例,演示在 AWPLC 中实现状态机的方法。在这个例子的功能块图里,三个状态的逻辑基本上是一样的,同样的逻辑重复两次,我们还可以忍耐,如果重复十次,那就让人抓狂了。本文我们还是用这个例子,把状态转换的逻辑封装成一个功能块,让这个应用更好理解和维护。

在采用状态机模式设计时,一般按照下列步骤进行:

  • 确定系统存在的状态,并选取我们关注的状态。比如,在本系统中,我们选取红灯、黄灯、绿灯三个状态。
  • 确定在各个状态下系统的行为。比如,在本系统中,在红灯状态下,点亮红色 LED 灯;在黄灯状态下,点亮黄色 LED 灯;在绿灯状态下,点亮绿色 LED 灯。
  • 确定各个状态之间转换的条件。比如,在本系统中,在红灯状态下,超时进入黄灯状态下;在黄灯状态下,超时进入绿灯状态下;在绿灯状态下,超时进入红灯状态下。

状态转换如下图所示:

1. 系统组成

该系统包括:
  • 3 个 LED。
2.软件模拟
  • LED 都用软件模拟。

PLC程序

1.变量定义

1.1全局变量

通常是不提倡使用全局变量的,这会造成一些不必要的耦合。不过有时善用全局变量,可以减小开发工作量,需要根据情况进行取舍。

这里我们把状态变量 STATE 定义成全局的,方便在主程序和状态转换的功能块(STATE_TRANS)里共用。

1.2主程序的变量

在主程序中,需要定义几个变量:

  • STATE_RED 表示红色状态,是一个常量,取值为 1。

  • STATE_YELLOW 表示黄色状态,是一个常量,取值为 2。

  • STATE_GREEN 表示绿色状态,是一个常量,取值为 3。

  • STATE 表示系统当前的状态(引用全局变量)。

  • LED_RED 表示红色 LED 灯,映射到第 1 个数字输出。

  • LED_YELLOW 表示黄色 LED 灯,映射到第 2 个数字输出。

  • LED_GREEN 表示绿色 LED 灯,映射到第 3 个数字输出。

具体配置如下图所示:
1.3功能块(STATE_TRANS)的变量
在 IEC 61131-3 中,把功能块的变量定义称为接口(interface),倒也是挺恰当的,它们确实是与其它功能块交互的接口。
在设计功能块时,首先要搞清楚哪些部分是变化的,哪些是不变的。不变的部分固化到功能块内部,变化的部分提取为输入参数

在这里我们需要定义几个变量:

  • STATE 表示系统当前的状态(引用全局变量)。

  • CURRENT_STATE 当前的状态。

  • NEXT_STATE 下一个状态。

  • TIMEOUT 超时的时间。

  • LED 是否点亮当前状态对应的灯。

具体配置如下图所示:

2.功能块图

基本工作原理

  • 如果系统当前状态 STATE 等于 STATE_RED 时,表明当前处于红灯状态:点亮红色 LED 灯,定时器保持工作,当定时器超时,设置系统当前状态为黄灯状态。

  • 如果系统当前状态 STATE 等于 STATE_YELLOW 时,表明当前处于黄灯状态:点亮黄色 LED 灯,定时器保持工作,当定时器超时,设置系统当前状态为绿灯状态。

  • 如果系统当前状态 STATE 等于 STATE_GREEN 时,表明当前处于绿灯状态:点亮绿色 LED 灯,定时器保持工作,当定时器超时,设置系统当前状态为绿灯状态。

主程序的具体实现如下图所示:

功能块(STATE_TRANS)的具体实现如下图所示:
* 值得注意的是,这里使用了功能块 MOVE 对变量进行赋值。按道理来说,对变量进行赋值,直接拉根线连接起来就可以了,为什么还要加个 MOVE 呢?原因在于,这里是条件赋值,即在定时器超时的时候,才对 STATE 进行赋值。
* 这就需要利用功能的执行控制(Execution Control),当功能块启用执行控制(Execution Control)时,只有其输入引脚 EN 为 TRUE 时,其后续赋值才生效。

用户界面

应用程序不需要编程,用 AWTK Designer 设计好界面,将控件与模型进行绑定即可。下面介绍一下控件与模型的绑定方法。这里用的是 AWTK-MVVM,数据绑定规则与 AWTK-MVVM 是完全一样的。
模型可以用 io、plc 或者 io+plc。io 可以用来绑定 IO 变量,plc 可以用来绑定程序 PLC 内部变量。
示例:

由于符号%在程序里具有特殊功能,所以在绑定 IO 变量时,把%换成_。比如:将%QX0.0写作_QX0.0。

示例:

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

程序界面如下所示(为了方便理解,我们把功能块图也放到了界面上):
运行效果:系统启动后,三个 LED 灯循环点亮,和跑马灯不同的是,三个 LED 点亮的时间并不完全相同。

*由此可见,在 AWPLC 功能块图的帮助下,我们不要写 C 代码或脚本,即可完成应用程序的开发。AWPLC 用低代码降低了开发的门槛,提高了开发的效率。AWPLC 等您来玩!

AWPLC 目前还处于开发阶段的早期,写这个系列文章的目的,除了用来验证目前所做的工作外,还希望得到大家的指点和反馈。如果您有任何疑问和建议,请在评论区留言。

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