時間：2022-06-29 00:17:13
序論：在您撰寫接口設(shè)計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1）燃氣爐、電阻爐上位機控制系統(tǒng)升級。對鑄鐵、鑄鋼、鍛壓三個分廠的60臺燃氣爐、64臺電阻爐共計124臺爐窯進行改造，添加實時數(shù)據(jù)接口。此項內(nèi)容時間緊、爐窯設(shè)備多、調(diào)試難度大（軟件新、工控機老、調(diào)試過程設(shè)備問題復(fù)雜）。在軟件調(diào)試過程中，對DCOM配置問題比較突出，因為現(xiàn)場工控機操作系統(tǒng)版本有WIN2000SP1~4、WINXPSP1~3等多個版本，在同版本中，有些系統(tǒng)的默認設(shè)置也不盡相同，所以在設(shè)置時有些工控機通過簡單設(shè)置就可以，但是有些工控機卻不能通訊。經(jīng)過上網(wǎng)查閱大量的文檔、說明，并結(jié)合現(xiàn)場測試結(jié)果才找到了幾個重點的系統(tǒng)設(shè)置服務(wù)參數(shù)項：①配置服務(wù)器和客戶機相同的用戶名和密碼。②關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)防火墻，設(shè)置相同的IP段，設(shè)置ICMP允許傳入回顯請求。③在本地安全策略中，本地帳戶的共享和安全模式設(shè)置為經(jīng)典；讓每個人權(quán)限限于匿名用戶啟用。④在組件服務(wù)中，設(shè)置默認權(quán)限、OPCEnum、服務(wù)器程序相應(yīng)的權(quán)限。2）對鍛壓分廠的壓機設(shè)備、碾環(huán)機設(shè)備、電力能源設(shè)備和鑄鋼的鋼水測溫系統(tǒng)、軋輥冷卻測溫系統(tǒng)、噴淬機、淬火油池等設(shè)備以及鑄鐵的電阻爐群電力平衡系統(tǒng)進行了軟件開發(fā)或軟件升級改造，使其具備相關(guān)控制功能并具有OPC實時數(shù)據(jù)接口功能。
2OPC數(shù)據(jù)接口
（1）主要采用OPCServer嵌入控制軟件或單獨調(diào)用OPCServer程序。程序代碼（略）。（2）燃氣爐加載OPC接口數(shù)據(jù)見表1，電阻爐、離心機等設(shè)備的數(shù)據(jù)接口類似。
3應(yīng)用效果
在電阻爐群控軟件中，對每臺爐窯添加多功能電量表，對每臺爐的用電情況（三相電壓、三相電流、瞬時功率、累計電量）進行實時監(jiān)控，并對每爐次的用電量進行統(tǒng)計。為此，電阻爐的實時上傳數(shù)據(jù)為：爐次，爐內(nèi)各控制偶溫度，爐內(nèi)各監(jiān)測偶溫度，工件上各鎧裝偶溫度，各區(qū)設(shè)定溫度，各區(qū)輸出功率，設(shè)定工藝參數(shù)，工藝運行參數(shù)，設(shè)備報警信息，電量信息等。在燃氣爐群控軟件中，對沒有煤氣流量計的爐窯添加了流量計，對每臺爐的煤氣用量情況（瞬時流量、累計流量）進行實時監(jiān)控，并對每爐次的煤氣用量進行統(tǒng)計。為此，燃氣爐的實時上傳數(shù)據(jù)為：爐次，爐內(nèi)各控制偶溫度，爐內(nèi)各監(jiān)測偶溫度，工件上各鎧裝偶溫度，各區(qū)設(shè)定溫度，各區(qū)輸出功率、設(shè)定工藝參數(shù)，工藝運行參數(shù)，煤氣壓力，助燃風(fēng)壓力，爐膛壓力，設(shè)備報警信息，每支燒嘴控制大小火情況，每支燒嘴大小火信息，煤氣消耗量信息等。通過以上實時數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析和傳遞，在生產(chǎn)管理和設(shè)備管理等方面可達到以下效果：（1）生產(chǎn)調(diào)度方面。生產(chǎn)管理者可以快速了解各熱處理設(shè)備的使用及運行情況，可以優(yōu)化設(shè)備的使用率和生產(chǎn)工藝流程的順暢。（2）能源調(diào)度調(diào)配方面。能源管理者可以快速了解設(shè)備的能源消耗情況，并可對能源消耗費用進行控制（對于電阻爐，可以實現(xiàn)錯峰用電，實現(xiàn)能源成本的節(jié)約），對整個廠內(nèi)耗能的熱處理設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)控與調(diào)配，防止供電負荷變化過大和煤氣消耗量不穩(wěn)。（3）設(shè)備管理方面。設(shè)備管理人員可對爐窯設(shè)備進行實時監(jiān)控，對存在的設(shè)備隱患和問題及時發(fā)現(xiàn)并處理，設(shè)備維修保養(yǎng)更快捷，設(shè)備運行更順暢。（4）成品管理及質(zhì)量跟蹤方面。對出現(xiàn)問題的工件可以查看其在鍛造加熱和熱處理工藝過程中各種工藝參數(shù)和溫度參數(shù)，追溯到存在問題的環(huán)節(jié)。（5）安全管理方面。對于容易出現(xiàn)安全問題的設(shè)備進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并消除，防止安全事故的發(fā)生。對于發(fā)生安全事故的設(shè)備，通過查看其報警記錄及其它相關(guān)參數(shù)，方便查找事故原因，并進一步針對事故原因進行分析解決。（6）成本管理方面。通過對爐窯設(shè)備的實時數(shù)據(jù)記錄，可計算單支產(chǎn)品在加熱鍛造和熱處理工藝流程中的能源消耗，實現(xiàn)單支產(chǎn)品的成本統(tǒng)計分析。（7）通過個人辦公室全過程信息化聯(lián)網(wǎng)計算機可以查看任何一個產(chǎn)品當(dāng)前所在的生產(chǎn)流程位置、狀態(tài)、已消耗費用等，另外設(shè)備總體使用率，各產(chǎn)品生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本等也一目了然。從而可根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化分析處理系統(tǒng)了解是否滿足市場及客戶需求，企業(yè)內(nèi)部的運行效率如何，優(yōu)化內(nèi)部管理，企業(yè)系統(tǒng)如何有效的適應(yīng)外部的變化。為企業(yè)發(fā)展管理決策提供第一手參考資料和依據(jù)。
4結(jié)語
1．1接口描述當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的Zigbee網(wǎng)關(guān)節(jié)點不斷地將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中監(jiān)測到的溫度、煙霧等信息發(fā)送給上位機時，上位機的通信模塊必須及時響應(yīng)接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)監(jiān)測上位機通信接口采用VB6．0中MSComm控件，利用串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，具體包括2種處理通訊方式，一種是事件驅(qū)動通訊，利用OnComm捕獲并處理通訊時間；另一種是通過檢查CommEvent的值，來查詢事件和錯誤［5］。設(shè)計中采用第1種方式，在用戶界面設(shè)置好相應(yīng)的控制參數(shù)，如波特率為38400bps、無校驗位、8數(shù)據(jù)位、1位停止位等。當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點監(jiān)測的的溫度、煙霧等信息發(fā)送給上位機時，將觸發(fā)監(jiān)測程序中MSComm控件的OnComm事件，進而改變ComEvent的值，程序根據(jù)ComEvent的值執(zhí)行相應(yīng)的操作，如解析數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)、錯誤分析等，然后更新內(nèi)存節(jié)點樹中當(dāng)前節(jié)點的實時數(shù)據(jù)、采集信息（如溫度、煙霧等）存入數(shù)據(jù)庫。
1．2實現(xiàn)方法MSComm控件可以設(shè)置以二進制或者以文本方式接收，若設(shè)置為二進制接受，控件會自動將其轉(zhuǎn)變成十進制。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)是十六進制的，設(shè)置以二進制方式進行接收，從接收緩存中獲取到的是十進制的數(shù)據(jù)。
2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)解析
2．1內(nèi)存中節(jié)點多叉樹的建立圖2節(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖通信監(jiān)測模塊接收數(shù)據(jù)后，為了便于以圖形方式實時顯示網(wǎng)絡(luò)拓撲和節(jié)點監(jiān)測信息，以及提高查詢數(shù)據(jù)的運行速度，需要在內(nèi)存中構(gòu)建一個動態(tài)多叉樹，用于存儲節(jié)點最新的數(shù)據(jù)信息。節(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在內(nèi)存中建立一個關(guān)于節(jié)點的動態(tài)多叉樹，節(jié)點的唯一標(biāo)識是它的自身ID，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中包含的父子關(guān)系可構(gòu)建出一棵多叉樹。首先定義一個名為treeNode的類，它的每一個實例都代表著一個節(jié)點，里面包含節(jié)點的屬性（例如ID、溫度、煙霧等）和方法（例如獲取類中節(jié)點數(shù)據(jù)的getData方法）。為了將節(jié)點間的父子關(guān)系表現(xiàn)出來，可在類treeNode中定義一個類型為treeNode的動態(tài)數(shù)組NodeChild（），用于存放子節(jié)點。如某節(jié)點ID為0000，子節(jié)點ID為0001，將子節(jié)點0001存放在節(jié)點0000的NodeChild（）數(shù)組中，即可完成節(jié)點間的連接。當(dāng)需要找某個節(jié)點時，從根節(jié)點開始查找，若根節(jié)點的孩子沒有要找的節(jié)點，則查找根節(jié)點的孩子的孩子，直到遍歷完所有節(jié)點。當(dāng)某數(shù)據(jù)幀發(fā)送到上位機時，解析出來的原始數(shù)據(jù)分別放在相應(yīng)的變量，假設(shè)原始的溫度數(shù)據(jù)是3F4A，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中溫度變量名為Temperature，類型為String，則直接將3F4A轉(zhuǎn)換為String類型存在Temperature中。按上述方法構(gòu)建的動態(tài)多叉樹能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化的應(yīng)用場景，相比于定長的數(shù)組，其更為節(jié)省內(nèi)存，不足之處是查詢算法較復(fù)雜。
2．2數(shù)據(jù)解析通信監(jiān)測模塊接收到Zigbee網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送來的一組數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)幀）后，需要對收到的數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析，然后根據(jù)解析數(shù)據(jù)建立當(dāng)前動態(tài)多叉樹。由于通信中難以避免數(shù)據(jù)幀出錯、截斷、丟失等情況，故數(shù)據(jù)解析部分根據(jù)數(shù)據(jù)幀的格式制定了一套協(xié)議，丟棄異常數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀的部分格式如下：FFXXXXXXXXFF01XXXX02XXXX2FF之間，開頭2個字節(jié)為節(jié)點ID，緊跟的2個字節(jié)節(jié)點的父ID01代表溫度類型，后面2個字節(jié)是溫度數(shù)值02代表煙霧類型，后面2個字節(jié)是煙霧值，依次類推…。2個FF后的字節(jié)都是數(shù)據(jù)，其格式如下：數(shù)據(jù)類型（01，溫度類型）＋2個字節(jié)的數(shù)據(jù)（XXXX）。具體操作流程如圖3所示。首先檢驗從串口進來的數(shù)據(jù)幀開頭一個字節(jié)是否FF，若是，則開始解析。直到下一個FF，則節(jié)點ID部分解析結(jié)束，后面都是數(shù)據(jù)。繼續(xù)讀取下一個字節(jié)，若為01，則將后面緊跟的兩個字節(jié)存進相應(yīng)的溫度變量，讀取下一個字符；若該字節(jié)所表示的數(shù)據(jù)類型未定義則跳過該字節(jié)及后面緊跟的兩個字節(jié)，繼續(xù)讀取下一個字符。該過程一直執(zhí)行直到解析完整個數(shù)據(jù)幀。由于數(shù)據(jù)幀是不定長的，而且沒有結(jié)束字符，所以每收到一個數(shù)據(jù)幀程序便立即從緩存中讀取并解析，以避免多個幀合并為一個數(shù)據(jù)幀導(dǎo)致解析錯誤。當(dāng)出現(xiàn)多個數(shù)據(jù)幀并合情況時，則丟棄后繼的幀。在幀解析完畢后，可以對解析出來的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進行處理，將數(shù)據(jù)信息一份存進內(nèi)存中節(jié)點多叉樹，一份存進數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)實時更新數(shù)據(jù)和記錄當(dāng)前信息。以下是有關(guān)串口通信事件響應(yīng)及數(shù)據(jù)解析的部分代碼：
3數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與連接
3．1數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系圖如圖4所示。由于每個節(jié)點都有大量歷史數(shù)據(jù)，所以每一個節(jié)點都創(chuàng)建一個表；USERS表用于保存監(jiān)測系統(tǒng)的用戶信息；NodeTran用于保存數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)路徑；Nodelist用于保存節(jié)點列表；Limit用于保存監(jiān)測系統(tǒng)的閾值管理設(shè)置值；Node＿XXXX為節(jié)點XXXX的歷史數(shù)據(jù)表。除了用戶表，所有數(shù)據(jù)都采用varchar類型。
3．2存儲過程的創(chuàng)建為了提高通信監(jiān)測模塊與數(shù)據(jù)庫之間通信的效率，將一些常用且較為復(fù)雜的SQL語句存放在數(shù)據(jù)庫中，使用時只需要調(diào)用存儲過程，輸入必要的參數(shù)即可完成相應(yīng)的SQL語句操作，這樣可以大大減少程序與數(shù)據(jù)庫之間的通信量。
3．3使用ADO將VB6．0與SQL2005連接ADO是為Microsoft最新和最強大的數(shù)據(jù)訪問范例OLEDB而設(shè)計的，擁有一個易于使用的應(yīng)用程序?qū)咏涌?。通過使用ADO2．0對象模型中的Recordset和Connection對象實現(xiàn)兩者連接和數(shù)據(jù)的存取。Connection對象包含關(guān)于某個數(shù)據(jù)提供程序的信息，如數(shù)據(jù)庫用戶、密碼、數(shù)據(jù)庫名等；Recordset對象包含某個查詢返回的記錄，可以創(chuàng)建一個Connection對象，在同一個連接上打開多個Recordset對象［8］。操作流程圖如圖5所示。
4結(jié)語
本設(shè)計采用了Xilinx公司提供的ISE為開發(fā)平臺。ISE軟件是Xilinx公司推出的FPGA／CPLD集成開發(fā)環(huán)境，不僅包含了邏輯設(shè)計所需的一切，還具有大量的簡便易用的內(nèi)置式工具和向?qū)В沟肐／O分配、功耗分析、時序驅(qū)動設(shè)計收斂、HDL仿真等關(guān)鍵步驟變得容易而直觀。因此要掌握XilinxFPGA開發(fā)，就必須掌握ISE。ISE界面友好、操作簡單、集成度高。利用ISE進行FPGA邏輯設(shè)計的主要流程包括設(shè)計輸入、功能仿真、設(shè)計綜合、設(shè)計實現(xiàn)和配置下載，簡易設(shè)計流程圖如圖1所示。
2ISA總線邏輯接口設(shè)計
ISA總線：（IndustryStandardArchitecture：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）是IBM公司為PC／AT電腦而制定的總線標(biāo)準(zhǔn)，也稱為AT標(biāo)準(zhǔn)，為8／16位體系結(jié)構(gòu)，最高工作頻率為8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率大約是16MB／S，地址線24條，可尋訪16M字節(jié)地址單元。由于本文使ISA總線工作在8位I／O傳輸模式，使用了ISA總線信號中的時鐘線（ISA＿CLK）、地址線（ISA＿ADDR）：A0～A9、數(shù)據(jù)線（ISA＿DATA）：D0～D7、讀信號線（ISA＿IOR）、寫信號線（ISA＿IOW）、地址鎖存使能（ISA＿ALE）、地址選通信號（ISA＿AEN）等。本設(shè)計采用了與C語言較為相似的VERILOGHDL硬件描述語言對ISA總線邏輯接口進行了描述。
本文要實現(xiàn)的是ISA接口通過FPGA訪問串口芯片16C554，16C554是內(nèi)部帶有16字節(jié)收發(fā)FIFO的通用異步收發(fā)器，具有獨立的收發(fā)控制電路。4路標(biāo)準(zhǔn)的MODEM接口，通過軟件可分別設(shè)置允許每一路中斷。波特率、數(shù)據(jù)幀格式等也都可由軟件編程設(shè)置。具體硬件結(jié)構(gòu)如圖。由圖2可知上位機通過ISA總線對串口芯片16C554串口芯片的訪問需要FPGA作為橋接媒介，因此串口芯片的控制信號均由FPGA給出，其邏輯控制信號的VERILOG描述如下。當(dāng)上位機對串口芯片進行讀寫時，首先需要通過FPGA將ISA地址信號譯碼為芯片的片選信號，設(shè)置串口芯片基地址為0x300，由于9位地址線的低三位為串口芯片的內(nèi)部地址，因此芯片的片選信號由地址總線的高七位決定。
3結(jié)束語
為了驗證基于FPGA的ISA邏輯接口的正確性，將上述邏輯接口利用VERILOG硬件描述語言在賽靈思提供的集成開發(fā)環(huán)境ISE中實現(xiàn)。
CY7C68013A固件程序是指在EZ⁃USB芯片內(nèi)部RAM中運行的程序代碼，固件程序是USB接口設(shè)計的核心部分。固件代碼的作用就是控制芯片執(zhí)行指定的設(shè)備功能，即處理上位機下傳的各種USB設(shè)備請求，控制芯片與電路進行數(shù)據(jù)傳輸。EZ⁃USB芯片內(nèi)部集成增強型8051內(nèi)核，USB芯片的固件程序?qū)嶋H上就是單片機程序文件，可以采用匯編語言或C語言編寫。CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件程序開發(fā)包中提供了固件程序的基本框架，這為用戶開發(fā)基于EZ⁃USBFX2芯片的USB設(shè)備提供了很大的方便。
1.1固件框架固件程序框架主要包括設(shè)備初始化，處理標(biāo)準(zhǔn)USB設(shè)備請求和USB掛起時的電源管理等。程序框架使用KeilC51編寫，它是現(xiàn)成的直接可以編譯為HEX文件的8051程序代碼，使用者只需要改寫USB描述表，在一些固定函數(shù)下添加功能代碼，主要是EZ⁃USB芯片的初始化配置和實現(xiàn)USB外設(shè)功能的代碼。固件框架的流程圖如圖2所示[4]。復(fù)位后固件先初始化一些全局變量，然后調(diào)用初始化函數(shù)TD_Init（），該函數(shù)初始化USB設(shè)備到?jīng)]有配置的狀態(tài)，并打開中斷。循環(huán)1s進行一次設(shè)備重枚舉，直到端點0收到一SETUP包，然后進入while循環(huán)語句，開始TD_Poll任務(wù)處理函數(shù)。依次執(zhí)行下列過程：（1）TD_Poll（）用戶任務(wù)調(diào)度函數(shù)；（2）如果發(fā)現(xiàn)USB設(shè)備請求，則分析該請求并執(zhí)行；（3）如果收到USB掛起信號，則調(diào)用TD_Suspend（）掛起函數(shù)，內(nèi)核掛起，直到出現(xiàn)USB遠程喚醒信號，調(diào)用TD_Resume（），內(nèi)核喚醒，從新進入while循環(huán)。固件框架包含的文件如表1所示。
1.2固件代碼編寫USB固件程序主要的功能有2個：一是PC機的Windows系統(tǒng)能夠檢測與識別相應(yīng)設(shè)備；二是數(shù)據(jù)的上傳與下傳。Cypress公司為EZ⁃USBFX2系列芯片提供的固件程序框架極大的簡化了固件開發(fā)。一般的固件開發(fā)只需要修改用戶調(diào)度函數(shù)文件Periph.c與USB描述符列表文件Dscr.a51，這兩個文件在KeilC51編程器中都可打開。Periph.c文件中只需要修改TD_Init（）與TD_Poll（）函數(shù)。在本設(shè)計中為了能進行高速的數(shù)據(jù)傳輸，EZ⁃USB芯片采用SlaveFIFO接口方式。此方式下，USB內(nèi)核不參與數(shù)據(jù)的傳輸，所以TD_Poll（）函數(shù)不用寫代碼，設(shè)置成空函數(shù)就可以了。這樣USB固件程序的開發(fā)主要任務(wù)就是改寫TD_Init（）函數(shù)與USB描述符列表文件Dscr.a51。在本設(shè)計中配置端點6傳輸方向為IN，傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設(shè)置為1024B，深度為2級，作用是上傳采集的數(shù)據(jù)。配置端點2傳輸方向為OUT，傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設(shè)置為1024B，深度為2級，作用是下傳FPGA的命令配置參數(shù)。固件程序的編譯使用KeilμVision2集成編譯環(huán)境，集成編譯環(huán)境中包括有C51編譯器，A51匯編器等工具與調(diào)試器。代碼中還需包含頭文件FX2.h與Fx2regs.h，庫文件Ezusb.lib。對修改后的代碼進行編譯與鏈接，最后生成HEX文件。HEX文件可直接下載到EZ⁃USB中運行。HEX文件也可根據(jù)需要通過CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件開發(fā)包中的Hex2bit.exe應(yīng)用工具生成IIC文件，IIC文件用于燒寫到EEPROM中。
2固件程序的裝載
CY7C68013A芯片集成增強型8051內(nèi)核，內(nèi)部無ROM等永久性存儲器，每次上電后需要從新將固件程序載入到片內(nèi)RAM中。EZ⁃USBFX2固件程序有3種加載方式：（1）如果沒有片外存儲器連接到EZ⁃USBFX2上，或者所讀取的首字節(jié)不是0xC0或0xC2，則芯片枚舉為缺省的USB設(shè)備，其中描述符，VID，PID由芯片內(nèi)部硬件邏輯提供。然后固件程序與描述符表由主機下載，EZ⁃USBFX2開始執(zhí)行下載的代碼，首先模擬物理電路的斷開與連接，此時EZ⁃USBFX2將再次進行設(shè)備枚舉，這稱為重枚舉，重枚舉將根據(jù)下載的代碼對設(shè)備進行從新定義。（2）如果USB檢測到一個E2PROM，其首字節(jié)為0xC0時，芯片也枚舉為缺省的USB設(shè)備，但VID與PID值將從此EEPROM中讀取，USB描述符由芯片內(nèi)部提供。這種模式稱為“C0”加載。主機根據(jù)讀得的VID與PID值，由固件下載驅(qū)動程序?qū)⒅付ǖ墓碳绦蛳螺d到EZ⁃USBFX2，然后再重枚舉。（3）如果USB檢測到一個E2PROM，其首字節(jié)為0xC2時，固件程序?qū)拇薊2PROM中自動下載到FX2芯片上，CPU通過復(fù)位后運行下載的程序代碼。這種模式稱為“C2”加載。其中第一種方式主要是開發(fā)階段使用，它需要主機上有CYPRESS公司提供的開發(fā)軟件USBCONTROLPANEL，每次手動將程序下載到USB上。第二種方法需要開發(fā)者另外再編寫一個固件下載驅(qū)動程序，而且也需要在電路中外加一小容量的E2PROM。第3種方法是將固件程序燒寫到E2PROM中，每次上電自動加載，這種方式簡單直接。本設(shè)計采用第3種方式。
3驅(qū)動程序及INF文件的編寫
設(shè)備驅(qū)動程序是應(yīng)用程序和硬件之間的連接，應(yīng)用程序通過驅(qū)動程序與設(shè)備通信，數(shù)據(jù)交換，從而獲取數(shù)據(jù)和對設(shè)備進行控制。CYPRESS公司為EZ⁃USBFX2提供一通用的驅(qū)動程序CYUSB.SYS，其功能完備，使用者不需要修改直接使用[5]。USB設(shè)備都具有一個VID和PID，此處的VID和PID與在固件程序轉(zhuǎn)載階段的值不同，這兩個值是用來安裝設(shè)備驅(qū)動程序的，VID和PID放到設(shè)備描述符表中，通過設(shè)備請求讀入到Windows系統(tǒng)中。同時，Win⁃dows操作系統(tǒng)通過INF文件將一VID和PID綁定到某一設(shè)備驅(qū)動程序。當(dāng)設(shè)備連接到主機上時，讀得設(shè)備的VID和PID，通過存儲在INF文件中的信息找到設(shè)備驅(qū)動。此后，Windows會將設(shè)備的VID和PID值保存到注冊表，設(shè)備再次連接時，系統(tǒng)就會在注冊表中查找設(shè)備驅(qū)動程序信息。具體操作方法是將驅(qū)動安裝的模板INF文件的MODEL節(jié)中的VID與PID值修改成與USB設(shè)備的VID和PID值相同。相應(yīng)STRING節(jié)中也修改。
4與應(yīng)用程序的接口
圖3是驅(qū)動程序流程圖，從圖中可以看到功能驅(qū)動程序的位置。用戶通過一種規(guī)范的方式調(diào)用WIN32API函數(shù)來訪問硬件，不用考慮如何控制硬件的具體細節(jié)。USB開發(fā)過程主要應(yīng)知道應(yīng)用程序調(diào)用驅(qū)動程序的接口函數(shù)，如下介紹，應(yīng)用程序直接調(diào)用這些函數(shù)來實現(xiàn)與硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。CREATEFILE通過設(shè)備名打開設(shè)備，獲得設(shè)備句柄，有設(shè)備句柄就可以讀寫設(shè)備。通過下面語句獲得設(shè)備句柄。DEVICEIOCONTROL讀寫控制設(shè)備，應(yīng)用程序調(diào)用此函數(shù)并加以不同的I/O控制碼參數(shù)，完成應(yīng)用程序與驅(qū)動程序?qū)⒌臄?shù)據(jù)交換。主要用到的I/O控制碼有：IOCTL_EZUSB_BULK_READ該控制碼從指定的批量管道中讀取數(shù)據(jù)。讀操作阻塞調(diào)用進程，直到數(shù)據(jù)傳送完成。IOCTL_EZUSB_BULK_WRITE該控制碼向指定的批量管道中寫入數(shù)據(jù)。寫操作阻塞調(diào)用進程，直到數(shù)據(jù)傳送完成。CLOSEHANDLE通過句柄關(guān)閉設(shè)備，設(shè)備請求完成后通過此函數(shù)關(guān)閉。
5結(jié)語
從結(jié)構(gòu)上，檢測接口可以分為DAC單元、濾波放大單元、二線接口單元、混合單元、信號調(diào)理單元、ADC單元和FPGA系統(tǒng)單元。
1.1DAC與濾波放大單元DAC與濾波放大單元用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并完成對信號的調(diào)理、幅度調(diào)節(jié)與功率放大功能。其硬件電路如圖2所示。該單元由3部分電路組成，分別是DAC芯片電路、無源濾波電路和差分放大電路。DAC芯片為ADI公司生產(chǎn)的高性能、低功耗CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD9762，AD9762為12位分辨率，支持最高125MS/s的更新速率。該芯片使用5V、3.3V可選單電源供電，最高功耗175mW，2mA～20mA差分電流輸出，負載RLOAD為100Ω時輸出電壓范圍為0.2V～2V[2]。FSADJ引腳連接外接電阻RSET，用于滿量程電流輸出調(diào)節(jié)。REFIO引腳用于基準(zhǔn)電壓VRFE輸入/輸出，選擇內(nèi)部1.2V基準(zhǔn)電源時通過一個0.1μF電容與模擬地連接。其差分輸出電壓VDOUT與輸入的12位數(shù)字代碼（DCODE）的關(guān)系式為。無源濾波電路由電感與電容組成截止頻率為20MHz的7階巴特沃斯低通濾波器，用于信號整形和消除毛刺干擾。差分放大電路以全差分放大器AD8476為核心組成，用于將通過無源濾波電路的模擬差分信號進行增益調(diào)節(jié)和功率放大。AD8476是一款功耗極低的全差分精密放大器，其帶寬為6MHz，使用±5V電源供電時的輸出電壓范圍為-4.845V～4.82V[3]。檢測激勵信號的峰峰值為4.3V和6.2V，而DAC的輸出峰峰值電壓為2V，因而差分放大電路的增益應(yīng)當(dāng)大于3.1，這樣才能使得激勵生成通道的輸出信號幅值符合檢測需求。考慮到DAC的轉(zhuǎn)換效率和可能存在的誤差，可設(shè)計差分放大電路具有兩個略大于滿幅度輸出的增益值。圖2中使用外部擴展電阻R1～R6組成反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，其中R1=R2=10kΩ為輸入電阻，R3=R6=24kΩ、R4=R5=33kΩ為兩組反饋電阻。該電路的增益值分別為A1=R3/R1=2.4，A2=R4/R1=3.3。為了提高檢測接口的自動化程度，使用1個2路2：1電子開關(guān)ADG736用于兩組反饋電阻的切換，通過改變其控制端IN1和IN2的電平邏輯，完成開關(guān)動作。ADG736使用5V供電時，導(dǎo)通電阻RON為2.5Ω，帶寬大于200MHz，通過峰值電壓為5V。
1.2二線接口與混合電路單元二線接口與混合電路單元用于為信號激勵與數(shù)據(jù)采集提供對外二線接口和實現(xiàn)收發(fā)信號的雙工傳輸。其硬件電路如圖3所示。二線接口電路由電壓比為1的變壓器以及電阻RS1、RS2和電容C9、C10組成，用于提供檢測電路對外的二線接口，實現(xiàn)接收與發(fā)送信號的傳輸，同時可以隔離外部直流信號。RS1、RS2用于與線路負載阻抗匹配并隔離遠端反射和提供線路的能量交換，電容C9、C10用于配合組成激勵發(fā)送端擴展濾波電路?；旌蠁卧墓δ苁且浑A模擬回波抵消，用于抵消本地發(fā)送信號。圖2中R7～R10為輸入電阻，同時與C3～C8組成一階低通濾波器。兩個儀表放大器AD8429用于將二線平衡信號轉(zhuǎn)換為單端信號。AD8429為低噪聲、高精度儀表放大器，其增益為1時增益精度為0.02%、CMRR為80dB、帶寬為15MHz，使用±12V電源供電時其輸出電壓范圍為-10.1V～10.7V，使用單個增益控制電阻RG能夠控制其增益范圍為1～1000，其增益控制關(guān)系為G=1+6kΩ/RG[4]。LT6600-10將一個全差分放大器與一個近似切比雪夫(Chebyshev)頻率響應(yīng)的四階10MHz低通濾波器集成在一起。芯片為低噪聲全差分輸入/輸出放大器，內(nèi)部集成兩個運算放大器、電阻電容網(wǎng)絡(luò)，組成1倍增益放大電路和一個10MHz低通濾波器，使用±5V電源供電時其輸出電壓范圍可達到±5V。若線路電阻RS與負載電阻RL完全匹配，則第二個AD8429的增益值為2時，混合電路的輸出U′3=U3?？紤]到阻抗失配現(xiàn)象的普遍存在，因此選擇電位器作為第二個AD8429的增益控制電阻，在線路阻抗失配的條件下，通過調(diào)節(jié)增益控制電阻來實現(xiàn)混合單元消除近端信號的目的。根據(jù)前文所述，可以得到混合電路輸出信號U′3與二線輸入信號U3比值跟增益控制電阻RG之間的關(guān)系。因此只要知道RG的值，就能夠通過式(5)準(zhǔn)確地對通過混合單元造成的輸入信號幅值的線性誤差進行修正。為了提高檢測接口的自動化程度和實現(xiàn)對RG值的實時感知，選擇數(shù)字電位計AD5272作為第二個AD8429的增益控制電阻。AD5272為1024位分辨率、1%電阻容差誤差、I2C接口和50-TP存儲器數(shù)字變阻器，最大阻值為20kΩ，可使用5V電源供電[6]，其阻值調(diào)節(jié)步長為1.95Ω。
1.3信號調(diào)理與ADC單元信號調(diào)理與ADC單元用于將混合電路輸出的模擬差分信號轉(zhuǎn)換為輸入信號并輸入到FPGA，該部分為數(shù)據(jù)采集的核心單元，其硬件電路如圖4所示。由于被測信號的最高頻率不超過2.048MHz，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，使用4.096MHz采樣速率進行采樣就能得到信號完整的信息，但是在工程中，通常使用5～10倍速率進行采樣。因此ADC選擇12位、10MS/s采樣速率模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9220，其為+5V單電源供電，70dB信噪比，86dB無雜散動態(tài)范圍，內(nèi)置片內(nèi)高性能、低噪聲采樣保持放大器和可編程基準(zhǔn)電壓源，并具有滿量程輸出指示功能[7]。使用1V基準(zhǔn)電壓時其輸入范圍為2V(峰-峰值)。信號調(diào)理電路應(yīng)當(dāng)具有抗混疊濾波和信號幅度調(diào)節(jié)的功能。該電路選擇全差分放大器AD8476組成，考慮到檢測時輸入信號的幅值大于ADC的輸入范圍，因而選擇其輸入電阻為10kΩ，選擇數(shù)字電位器AD5272為反饋電阻RF，則其增益值G4=RF/10kΩ，電路的增益值為0.0002～2可調(diào)。放大器輸出經(jīng)過2個100Ω電阻和2個電容組成的低通濾波器后送至ADC。同時，AD8476以ADC的基準(zhǔn)電壓VREF為共模參考電壓。
1.4FPGA單元FPGA單元以Xilinx公司的FPGA芯片XC3S400為核心電路組成，其程序存儲芯片為XCF02S，使用40MHz有源晶振，5V電源供電，使用穩(wěn)壓芯片提供電路所需的3.3V、2.5V和1.2V電源。USB接口作為微處理器常用的外部總線接口，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[8]，因此考慮選用USB2.0接口作為FPGA與上位機之間的數(shù)據(jù)接口。同時采用JTAG接口用于FPGA和其配置芯片的程序燒寫。關(guān)于FPGA電路的設(shè)計、開發(fā)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，本設(shè)計相比與其他通用FPGA電路的設(shè)計并無獨特之處，因此不再對FPGA單元進行詳細描述。
2FPGA程序設(shè)計
在檢測接口電路的設(shè)計中，F(xiàn)PGA是檢測接口電路的信息傳輸與控制單元的核心，其可編程配置能力和能夠高速、并行處理數(shù)字信號的能力是檢測接口的靈活性和升級性的關(guān)鍵。其內(nèi)部程序使用Xilinx公司的FPGA開發(fā)環(huán)境ISE進行設(shè)計并完成燒寫。程序設(shè)計使用模塊化設(shè)計思想，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，可以分USB傳輸、管理控制、DAC傳輸、輸出增益控制、混合單元控制、信號調(diào)理控制、ADC傳輸控制和增益補償8個模塊。下面就各個模塊的功能分別進行介紹。(1)USB傳輸模塊，用于通過FPGA單元上的USB接口電路實現(xiàn)FPGA芯片與上位機的信息傳輸，具有USB電路的配置功能，并實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)USB信號封裝、解封裝功能，將接收到的上位機信號解封裝為透明數(shù)據(jù)傳送到管理控制模塊和DAC傳輸模塊，將管理控制模塊、增益補償模塊輸出信號封裝為標(biāo)準(zhǔn)USB信號通過USB接口電路傳輸?shù)缴衔粰C。(2)管理控制模塊，是整個程序的主控單元。該模塊用于接收USB傳輸模塊輸出的控制信號，對其余的通信模塊進行控制，并輸出檢測電路的工作狀態(tài)到USB傳輸模塊，最終傳輸?shù)缴衔粰C。同時用于控制其余模塊的工作狀態(tài)，接收混合單元控制模塊、信號調(diào)理控制模塊、ADC傳輸模塊輸出的反饋信息進行工作狀判斷，根據(jù)混合單元控制模塊、信號調(diào)理控制模塊反饋信息控制增益補償模塊的補償量。(3)DAC傳輸模塊，在管理控制模塊的控制下工作，接收USB傳輸模塊輸出的激勵信號，并將信號轉(zhuǎn)換為DAC芯片的數(shù)據(jù)輸入信號，同時為DAC芯片提供轉(zhuǎn)換時鐘。(4)輸出增益控制模塊，用于在管理控制模塊輸出的控制信號下工作，根據(jù)需求通過兩路輸出信號IN1和IN2分別控制差分放大電路的2個電子開關(guān)ADG736。(5)混合單元控制模塊，用于在管理控制模塊輸出的控制信號下工作，根據(jù)需求通過輸出I2C信號控制混合單元的數(shù)字電位計AD5272的阻值，完成信號混合功能，并將AD5272的阻值信息反饋給管理控制單元。(6)信號調(diào)理控制模塊，用于在管理控制模塊輸出的控制信號下工作，根據(jù)需求通過輸出2路I2C信號控制信號調(diào)理電路的2個數(shù)字電位計AD5272的阻值，完成信號調(diào)理功能，并將2個AD5272的阻值信息反饋給管理控制單元。(7)ADC傳輸模塊，在管理控制模塊的控制下工作，接收DAC芯片輸出的采樣數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆鲆嫜a償模塊，同時為ADC芯片提供采樣時鐘。該模塊同時接收ADC輸出的滿量程指示信號和數(shù)據(jù)輸入指示信號，并傳送給管理控制模塊。(8)增益補償模塊，用于接收來自ADC傳輸模塊的采樣數(shù)據(jù)和管理控制模塊輸出的增益補償信息，對ADC芯片采樣獲得的信號進行增益補償，實現(xiàn)檢測信號的完整性。
3結(jié)論
船舶導(dǎo)航信息系統(tǒng)處理和儲存多種信息，首先，系統(tǒng)需要處理硬件接口遞交的監(jiān)測信息，并根據(jù)上層用戶的需求給予硬件設(shè)備相應(yīng)的反饋;其次，系統(tǒng)需要將處理和合成之后的信息顯示給用戶，同時從用戶的輸入設(shè)備中收集用戶的需求并進行處理;最后，系統(tǒng)還需要與GIS、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等模塊進行交互，實現(xiàn)信息的分析和更新。因此，導(dǎo)航信息在系統(tǒng)的流動過程中形成3個閉環(huán)，如圖2所示。在硬件信息閉環(huán)中，硬件接口產(chǎn)生的信息主要為經(jīng)緯度、航向、航速等初始信息，并通過硬件設(shè)備本身接口輸出該信息。然而，由于不同設(shè)備采用不同的標(biāo)準(zhǔn)并由不同的廠商制造，因而其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式差異較大，無法被信息接口直接使用，因而需要信息收集與格式化模塊進行數(shù)據(jù)的格式化。該模塊從硬件接口中收集數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)重新組織，并以一定的格式提交給信息接收接口，在信息接收接口中，則對數(shù)據(jù)的合法性進行檢驗，同時識別數(shù)據(jù)的類型，交付給相應(yīng)的中央處理功能。在用戶信息閉環(huán)中，中央處理模塊將處理完畢的信息，按照一定的消息格式，通過信息交付接口輸出給用戶界面，并顯示給終端用戶。因此可以看出，用戶界面的設(shè)計需要相應(yīng)的信息交付接口的支持，同時用戶根據(jù)自己的需求，通過用戶界面對導(dǎo)航信息系統(tǒng)進行相應(yīng)的操作，該請求也通過信息交付接口遞交給中央處理模塊，進行進一步的處理。在外部信息閉環(huán)中，中央處理模塊需要借助一些外部系統(tǒng)獲取需要的信息，如通過GIS可以結(jié)合數(shù)字地圖等平臺，直觀地顯示導(dǎo)航信息，而通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，可以將通信功能集成入導(dǎo)航信息平臺中，實現(xiàn)多節(jié)點的位置和導(dǎo)航信息交換。在整個過程中，中央處理模塊根據(jù)實際的需要向外部系統(tǒng)提交信息請求，并從外部系統(tǒng)中下載相應(yīng)的信息。需要注意的是，外部系統(tǒng)中采用的消息格式往往有較為明確的標(biāo)準(zhǔn)，因而信息擴展接口必須具備相應(yīng)的適配機制，支持相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，識別對應(yīng)格式的數(shù)據(jù)和消息，并將其轉(zhuǎn)換為中央處理模塊能夠處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
2信息接口設(shè)計
在第2節(jié)中，對系統(tǒng)應(yīng)用的信息接口進行了介紹，并對其功能進行了較為詳細的描述，根據(jù)其功能和作用位置的不同，可以將其分為信息接收接口、信息交付接口和信息擴展接口3類。
2.1信息接收接口信息接收接口的主要功能是:接收由硬件提交的信息，并對信息的格式進行檢驗和分類，最終遞交給中央處理模塊。其主要結(jié)構(gòu)和工作流程如圖5所示。如圖5所示，在信息接收接口中，收到的信息首先存儲在消息緩沖中，信息格式模式匹配單元通過預(yù)先定義的合法消息格式，對消息緩沖中的信息進行匹配，監(jiān)測其合法性，當(dāng)出現(xiàn)異常時，反饋控制單元調(diào)度消息緩沖，根據(jù)異常消息的來源，向相應(yīng)的硬件接口做出反饋，進而將異常消息丟棄或封閉/重置相應(yīng)的硬件接口。合法的消息被送入消息分類單元，該單元維護若干個列表，列表中存儲格式化的消息數(shù)據(jù)。當(dāng)中央處理模塊或其他模塊，調(diào)用相應(yīng)的功能時，則通過相應(yīng)的功能子接口，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)取出并交給相應(yīng)的功能。信息接收接口是基礎(chǔ)硬件設(shè)施和軟件處理單元之間的橋梁，通過擴展消息格式化的適配功能，能夠有效拓展支持的硬件種類，從而使得系統(tǒng)的功能更加強大。
2.2信息交付接口信息接收接口面向的是底層硬件設(shè)備和系統(tǒng)，而信息交付接口面向的是上層的用戶和用戶界面，其功能是:將中央處理模塊處理完畢的數(shù)據(jù)和信息，按照不同的種類遞交給用戶界面，在用戶界面中進行集成和顯示。其主要結(jié)構(gòu)和工作流程如圖6所示。與信息接收接口的不同之處在于，交付接口擔(dān)負了雙向的信息傳遞功能。首先，通過數(shù)據(jù)調(diào)用單元可以將處理完成的數(shù)據(jù)交付給用戶界面使用，根據(jù)類型的不同有圖形化數(shù)據(jù)、字節(jié)化數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)等，用戶界面通過調(diào)用這些不同種類的數(shù)據(jù)，即可按照實際需求，合成和顯示出包含豐富內(nèi)容的導(dǎo)航信息圖示。同時，用戶通過用戶界面對導(dǎo)航信息系統(tǒng)進行控制、設(shè)置或調(diào)用其需要的單個數(shù)據(jù)，此時用戶指令被傳遞到用戶指令解釋單元，若用戶指令合法，則通過編譯器對指令進行解釋，產(chǎn)生針對系統(tǒng)每個模塊的具體指令，并通過控制信息產(chǎn)生單元將具體指令轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)模塊能夠識別的具體控制信息。然后利用系統(tǒng)控制接口，對系統(tǒng)的軟件和硬件進行直接的控制或設(shè)置等操作。信息交付接口是實現(xiàn)用戶界面的基礎(chǔ)，其并不關(guān)心用戶界面如何實現(xiàn)，終端用戶有著怎樣的具體需求，僅僅是提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交付接口，這樣就可以根據(jù)不同類型的船舶和不同的應(yīng)用場景，設(shè)計不同的用戶界面，而不需要受到核心軟件系統(tǒng)的束縛。
2.3信息擴展接口與前2種接口不同，信息擴展接口是向外部開放的接口，通過這個接口，例如衛(wèi)星通信網(wǎng)、GIS系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)等，均可以連接入導(dǎo)航信息系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供更加豐富的信息和更加強大的功能。其主要結(jié)構(gòu)和工作流程如圖7所示。信息擴展接口同樣需要擔(dān)負數(shù)據(jù)的雙向傳遞任務(wù)，一方面其運行有相應(yīng)數(shù)據(jù)交換/傳輸協(xié)議的協(xié)議棧，如AIS數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議棧、VSAT衛(wèi)星通信協(xié)議棧等，以便通過相應(yīng)系統(tǒng)的接口下載和傳輸消息，同時將接收到的消息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)能夠識別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，供中央處理模塊處理。另一方面，系統(tǒng)根據(jù)需要，提出相應(yīng)的信息下載請求，該請求通過請求處理單元，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)系統(tǒng)的控制和請求指令，封裝為合適的控制消息后，發(fā)送給對應(yīng)的外部系統(tǒng)。信息擴展接口可以通過擴展外部數(shù)據(jù)交換協(xié)議棧來擴展其可以支持的外部系統(tǒng)種類，從而能夠綜合更多的外部信息，豐富導(dǎo)航信息系統(tǒng)的內(nèi)容。
3仿真與實現(xiàn)
根據(jù)以上研究和設(shè)計，本文采用軟件實現(xiàn)的方法對導(dǎo)航信息系統(tǒng)進行仿真和模擬。采用的環(huán)境是Corei31.8GHz，4G內(nèi)存，Win764bit，采用Java作為程序開發(fā)語言。仿真的重點在于實現(xiàn)各個接口的功能，驗證各個接口工作的有效性和高效性，依托當(dāng)前較為成熟的中央處理模塊［7］，實現(xiàn)對信息的處理和存儲，并使用Java語言開發(fā)整個模擬系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)界面如圖8所示。通過編寫相應(yīng)的代碼，模擬各種硬件設(shè)備，信息接收接口成功地收集和轉(zhuǎn)換了不同種類的消息，并通過信息交付接口遞交給用戶界面，從圖8可以看出其成功地實現(xiàn)了信息的收集和顯示。如圖9所示，進行信息設(shè)置的測試，通過設(shè)計控制面板，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，觀察能否對系統(tǒng)進行有效控制。通過以上實踐證明，在理論上本文所設(shè)計的接口能夠發(fā)揮相應(yīng)的功能，實現(xiàn)導(dǎo)航信息的收集、處理和交付等功能，說明了本文提出的方案具有一定的可行性。
4結(jié)語
在HTTP上執(zhí)行遠程方法調(diào)用的方法，通過這一機制在線為用戶提供應(yīng)用服務(wù)。SOAP技術(shù)基于XML標(biāo)準(zhǔn)，詳細描述了在分布式環(huán)境下利用HTTP以可靠安全的方式進行方法調(diào)用的機制。利用WebService實現(xiàn)分布式系統(tǒng)，首先需要由服務(wù)提供者定義并創(chuàng)建其能夠?qū)ν馓峁┑姆?wù)組件;其次需要利用WSDL(WebServicesDescriptionLanguage)來描述服務(wù)訪問入口和遠程調(diào)用接口，并將其到網(wǎng)絡(luò)上的UDDI(UNIVERSALDESCRIPTION，DISVOVERYINTEGRATION)注冊中心，服務(wù)入口由URL唯一確定，以提供給用戶使用。用戶通過注冊中心找到服務(wù)，并根據(jù)WSDL文件中規(guī)定的遠程過程名和參數(shù)格式調(diào)用遠程過程。WEB服務(wù)接受請求后執(zhí)行該過程，執(zhí)行完畢后向用戶返回執(zhí)行結(jié)果。由此可見，WEB服務(wù)為用戶和服務(wù)提供者提供了系統(tǒng)集成的松散耦合的方式，用戶和服務(wù)提供者相互獨立，一端改變不需要通知另一方。此外，WEB服務(wù)基于XML的開放協(xié)議，能夠被廣泛接受并向前兼容，適于系統(tǒng)之間的相互集成。
2基于HIS系統(tǒng)的CDD集成的接口設(shè)計
HIS系統(tǒng)需要支持醫(yī)院醫(yī)護人員的臨床活動，收集和處理病人的臨床醫(yī)療信息，豐富和積累臨床醫(yī)學(xué)知識，并提供臨床咨詢、輔助診療、輔助臨床決策等功能，提高醫(yī)護人員工作效率和診療質(zhì)量。為達到這一目的，需將CDD中的知識單元有機嵌入到臨床醫(yī)療信息中，以期為臨床的疾病、用藥、手術(shù)等提供權(quán)威準(zhǔn)確的知識服務(wù)。Webservices接口使用基于XML的消息處理作為基本數(shù)據(jù)通訊方式，可方便集成異類系統(tǒng)。由于CDD系統(tǒng)有清晰的分層結(jié)構(gòu)和良好的可擴展性及獨立的檢索模塊，利用Webservices安裝HIS系統(tǒng)的需求封裝檢索模塊即可實現(xiàn)CDD與HIS系統(tǒng)的集成。
2．1CDD與HIS系統(tǒng)集成架構(gòu)CDD與HIS系統(tǒng)集成架構(gòu)如圖1所示。CDD的數(shù)據(jù)庫包括疾病、手術(shù)等9個模塊，利用NHibernate將關(guān)系數(shù)據(jù)庫封裝為對象。CDD接口對數(shù)據(jù)的檢索建立在LUCENCE索引上，以疾病庫為例，對疾病名、英文名、標(biāo)準(zhǔn)名、并發(fā)癥、實驗室檢查、輔助檢查、診斷、鑒別診斷、治療、臨床表現(xiàn)、科室分類這些字段建立LUCENCE索引。查詢可在上述字段內(nèi)全文檢索，也可對固定字段精確檢索。LUCENCE［3］對查詢結(jié)果做了優(yōu)化，使得查詢更加快速高效。在Spring．NET的框架中，利用IDAL數(shù)據(jù)層接口完成對數(shù)據(jù)層的操作并實現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯。Webservice接口利用IDAL接口完成數(shù)據(jù)的檢索與獲取。
2．2應(yīng)用分析目前已完成系統(tǒng)接口開發(fā)，試用良好。HIS系統(tǒng)可通過配置文件設(shè)置CDD系統(tǒng)接口地址及綁定協(xié)議等信息。由C#多態(tài)性實現(xiàn)用戶名密碼登陸或者IP登陸后，可通過檢索函數(shù)獲取檢索結(jié)果。用戶通過函數(shù)按照疾病名和疾病分類準(zhǔn)確查找相關(guān)疾病，也可通過SearchDisease(stringicd)函數(shù)按照ICD號準(zhǔn)確查找相關(guān)疾病，亦可通過SearchDiseaseFromFullText(stringkeyword)函數(shù)在索引字段中全文檢索，檢索支持英文及中文檢索詞。需輸入多個檢索詞時，根據(jù)檢索需要選擇布爾邏輯運算符“()”、“或者(OR)”和“不包含(NOT)”，檢索結(jié)果由LUCENCE優(yōu)化排序后返回給用戶。以疾病為知識軸，HIS系統(tǒng)可將疾病的12個知識單元和與之相關(guān)的相關(guān)藥品、循證、輔助檢查、手術(shù)、疾病進展等知識點與HIS的信息流有機結(jié)合。手術(shù)、藥品、循證、輔助檢查、疾病進展、操作規(guī)范、手術(shù)圖譜、醫(yī)保藥品的分庫檢索，如疾病庫檢索一樣。通過測試工具測試CDD的WEB接口。以心血管內(nèi)科的假性高血壓為例，疾病reguest的SOAP以及response的SOAP如圖2所示。從圖2可見，假性高血壓的疾病信息完整地封裝在XML格式的SOAP中。
3結(jié)語
