劉晉， 步亞男， 金禹含， 蘇臣

　?。ㄟ|寧師范大學(xué) 計算機(jī)信息與技術(shù)學(xué)院， 遼寧 大連 116000）

       摘要：在嵌入式領(lǐng)域中，經(jīng)常需要一些上位機(jī)的控制系統(tǒng)，而WPF是專門用來編寫表示層的技術(shù)和工具。為了真實地感受WPF技術(shù)與其他界面開發(fā)工具的不同和優(yōu)點，設(shè)計了一款板卡檢測系統(tǒng)，并詳細(xì)地介紹了此控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。經(jīng)過實際應(yīng)用證明，WPF技術(shù)與傳統(tǒng)的界面開發(fā)工具相比開發(fā)較簡單，程序更加簡潔清晰，更重要的是其開發(fā)理念更符合自然哲學(xué)的思想。

　　關(guān)鍵詞：UDP通信；嵌入式系統(tǒng)；WPF；檢測系統(tǒng)

0引言

　　GUI程序開發(fā)工具歷經(jīng)了Win32 API、MFC、Windows Forms等的變遷，每一次變遷都使開發(fā)效率和質(zhì)量產(chǎn)生飛躍。2007年微軟推出了新一代GUI開發(fā)工具Windows Presentation Foundation（WPF），并且把它定為未來10年Windows平臺GUI開發(fā)的主要技術(shù)。WPF基于DirecX底層接口，帶來優(yōu)秀的圖形向量渲染引擎。它可以輕松地實現(xiàn)半透明、平移、縮放等絢麗效果［1］。WPF引入了Bingding機(jī)制，在開發(fā)理念上進(jìn)行了一次升級，由“事件驅(qū)動”變?yōu)椤皵?shù)據(jù)驅(qū)動”。WPF中，數(shù)據(jù)與空間的關(guān)系就是哲學(xué)中內(nèi)容與形式的關(guān)系，內(nèi)容決定形式，以數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面，這非常符合哲學(xué)原理［2］。

1WPF簡介

　　1.1XAML

　　XAML就是WPF技術(shù)中專門用于設(shè)計UI的語言。XAML作為界面描述語言最終會被編譯成Net后臺代碼。因此，它能夠同后臺進(jìn)行邏輯處理的Net語言如C#、C++等協(xié)同工作。XAML的產(chǎn)生使得界面描述代碼和程序代碼得以分開，從而提高了開發(fā)率，有利于團(tuán)隊開發(fā)。

　　1.2Data Binding機(jī)制

　　WPF出現(xiàn)之前，Windows Forms等技術(shù)都是采用“事件驅(qū)動”理念。盡管可以使用MVC、MVP等設(shè)計模式，但界面邏輯和業(yè)務(wù)邏輯非常容易糾纏在一起，造成代碼復(fù)雜難懂。而Bingding機(jī)制可以實現(xiàn)“數(shù)據(jù)驅(qū)動”，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，會主動通知界面控件、推動控件顯示最新的數(shù)據(jù)。WPF的核心理念就是變傳統(tǒng)的UI驅(qū)動程序為數(shù)據(jù)驅(qū)動UI。

　　1.3依賴屬性

　　依賴屬性是WPF技術(shù)中新提出的概念。簡而言之，依賴屬性可以自己沒有值，并通過使用Binding從數(shù)據(jù)源獲得值的屬性。擁有依賴屬性的對象被稱為依賴對象。與傳統(tǒng)的CLR屬性和面向?qū)ο笏枷胂啾?，依賴屬性有很多新穎之處：首先它可以節(jié)省實例對內(nèi)存的開銷；其次屬性值可以通過Binding依賴在其他對象上。

2驅(qū)動板卡檢測系統(tǒng)

　　2.1驅(qū)動板卡簡介

　　日本精工電子集團(tuán)在生產(chǎn)集裝壓電式噴頭方面已經(jīng)具備相當(dāng)雄厚的實力與基礎(chǔ)，穩(wěn)定性方面就如其生產(chǎn)的精工表一樣品質(zhì)超眾［3］。這里的驅(qū)動板卡用于控制大型噴墨打印機(jī)的噴頭。當(dāng)一個板卡生產(chǎn)出來時，為了檢測其性能，需要通過一個噴頭板卡檢測軟件進(jìn)行檢測。此噴頭板卡檢測軟件即為本文討論的重點。板卡檢測軟件與板卡通過雙絞線連接，并使用UDP協(xié)議進(jìn)行通信。

　　2.2驅(qū)動板卡通信協(xié)議

　　(1)驅(qū)動板卡檢測系統(tǒng)與板卡之間采用雙絞線連接，使用UDP通信協(xié)議進(jìn)行通信。一次完整的通信包括上位機(jī)發(fā)送命令、下位機(jī)應(yīng)答兩部分。其中命令具有事先約定好的格式，第一個字節(jié)BYTE0為命令I(lǐng)D，后面跟有若干個字節(jié)的參數(shù)。下位機(jī)接到命令后根據(jù)命令I(lǐng)D進(jìn)行相應(yīng)的操作并作應(yīng)答，返回通信結(jié)果。

　　(2)驅(qū)動板卡配置數(shù)據(jù)下載命令。板卡生產(chǎn)出來后，需要將一系列信息寫入板卡中。此命令的命令I(lǐng)D約定為0x55，后面跟有42 B的參數(shù)內(nèi)容，其中包括IP地址、端口號、板卡版本號、數(shù)據(jù)寫入時間、服務(wù)期限、噴頭標(biāo)識碼等參數(shù)。應(yīng)答命令BYTE0為應(yīng)答ID，為0x55。如果下載成功BYTE1為0x01，下載失敗則為0x00。

　　(3)驅(qū)動板卡配置數(shù)據(jù)讀取命令。此命令的命令I(lǐng)D為0xAA。應(yīng)答中，BYTE0為應(yīng)答ID，BYTE1~BYTE42為以上提到的參數(shù)內(nèi)容。

　　2.3驅(qū)動板卡檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　圖1為驅(qū)動板卡檢測系統(tǒng)的界面截圖。從圖中可以看出其主要功能，它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的下載、讀取以及應(yīng)答的接收。

　　(1)Net庫中的UdpClient類對基礎(chǔ)Socket進(jìn)行了封裝，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時不必考慮底層套接字在收發(fā)時必須要處理的細(xì)節(jié)問題，大大降低了UDP編程的難度，提高了編程效率［4］。首先定義一個UdpClient對象，然后調(diào)用其Connect成員函數(shù)與遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行連接，參數(shù)為遠(yuǎn)程主機(jī)的IP地址和端口號。再調(diào)用其Send成員函數(shù)進(jìn)行發(fā)送，函數(shù)參數(shù)為要發(fā)送的數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)的長度。最后關(guān)閉UDP連接。至此完成了一次UDP通信。

　　(2)數(shù)據(jù)的寫入。此功能將獲得各個文本框中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在文本框中的格式為字符串，但是本系統(tǒng)需要以字節(jié)的形式通過UDP通信發(fā)送至板卡，故獲得數(shù)據(jù)后需要對數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理再發(fā)送。

　　(3)IP地址的檢測。每個驅(qū)動板卡需要一個唯一的IP地址，因此每當(dāng)驅(qū)動板卡檢測系統(tǒng)寫入一個IP地址，就要將其記錄下來，并在每次寫入前檢測將要寫入的IP是否可用。本系統(tǒng)將每次寫入的IP地址存到了SQLite數(shù)據(jù)庫中。SQLite是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，它的設(shè)計目標(biāo)是嵌入式的，占用資源非常低，同時，它能夠與很多程序語言相結(jié)合。因此本系統(tǒng)選擇了用SQLite來實現(xiàn)IP地址的存儲。首先打開數(shù)據(jù)庫、建立鏈接。然后執(zhí)行SELETCT查詢語句查看當(dāng)前IP地址是否已經(jīng)使用。如已使用則提示“當(dāng)前IP地址已經(jīng)使用，請選用其他IP地址”，否則將當(dāng)前IP地址寫入驅(qū)動板卡，并存入數(shù)據(jù)庫的IP表。

　　(4)讀取當(dāng)前配置。此項功能實現(xiàn)較為簡單，只需要將命令I(lǐng)D 0xAA通過UDP協(xié)議發(fā)送至下位機(jī)驅(qū)動板卡即可，剩下的工作由下位機(jī)驅(qū)動板卡來實現(xiàn)。驅(qū)動板卡收到命令后，再將由42 B組成的配置信息發(fā)送至驅(qū)動板卡檢測系統(tǒng)。因此，上位機(jī)驅(qū)動板卡檢測系統(tǒng)需要實現(xiàn)UDP的接收功能。下位機(jī)隨時可能發(fā)送數(shù)據(jù)至上位機(jī)。WPF應(yīng)用程序在運行過程中，UI線程接收輸入，處理事件，繪制屏幕以及運行應(yīng)用程序代碼。如果運行時間過長，會造成內(nèi)存使用率不斷上升，CPU占用率提高，導(dǎo)致系統(tǒng)總體性能降低［5］。因此，UDP接收過程必須獨立使用一個線程。

　　(5)多線程的應(yīng)用。多線程技術(shù)能很好地解決并發(fā)多任務(wù)問題，提高資源的利用率和系統(tǒng)的性能，因此計算機(jī)的各個領(lǐng)域都對其進(jìn)行了研究，從不同角度實現(xiàn)或增強了對多線程的支持［6］。同時多線程技術(shù)也能提高程序的穩(wěn)定性，因此在實際開發(fā)中有著重要的作用。

3結(jié)論

　　經(jīng)過測試，該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)IP地址的寫入、讀取當(dāng)前配置等基本功能，而且系統(tǒng)界面與傳統(tǒng)的MFC、WinForm等相比更加生動、形象，更重要的是，由于WPF框架的應(yīng)用，提高了開發(fā)效率，在預(yù)定時間內(nèi)完成了系統(tǒng)的開發(fā)。

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