基于CORBA的嵌入式控制器参数标定系统及方法

摘要

本发明请求保护一种基于CORBA的嵌入式控制器参数标定系统及方法，涉及嵌入式控制技术领域。将传统标定系统分成CORBA客户端和CORBA服务器。CORBA客户端实现人机交互功能，经ORB通过CORBA服务器访问嵌入式控制器工作参数与运行数据。CORBA服务器与控制器通信，利用CORBA技术对标定系统主机的通信接口程序与标定协议进行封装，屏蔽不同通信接口与标定协议的控制器的差异，提供统一的标准CORBA接口来实现对嵌入式控制器的工作参数与运行状态数据的访问。本发明屏蔽底层通信设备，对不同类型的通信接口或标定协议提供相同通信接口，克服现有标定系统难以适应嵌入式控制器通信接口变更的缺陷，提高了标定系统的通用性与适应能力。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机和自动化控制技术，特别是嵌入式控制技术领域，主要是 基于公共对象请求代理体系结构CORBA(Common Object Request Broker  Architecture)的嵌入式控制器的参数标定技术。

背景技术

嵌入式系统在工业控制领域中得到了广泛的应用，如汽车、航空航天、军事 以及其他制造业等。随着嵌入式控制系统的功能不断增强、性能不断提高，嵌入 式软件的规模持续增大，在开发成本中所占的比例持续增长。与普通的嵌入式软 件相比，由于工业控制系统的复杂性，嵌入式控制器的性能很大程度上依赖于其 工作参数，而工作参数主要是通过标定匹配实验来确定的。标定是通过实时监测 嵌入式控制器工作状态，调节、优化控制器工作参数，使控制系统运行效果达到 最佳的过程。因此，标定是嵌入式控制软件高效开发的关键技术之一，具有高效 率与适应能力的标定系统可以极大提高嵌入式控制器的开发效率。

然而，由于存在多种不同的通信接口及标定协议，导致了多种标定系统的出 现。目前的标定系统支持的通信接口类型有：串口、CAN（ControlAreaNetwork， 控制器局域网）、USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）、以太网等，对 其他类型的现场总线则很少支持，而且不同硬件厂商提供的上述通信接口设备具 有不同的软件接口。常用的标定协议有：CCP（CAN Calibration Protocol，CAN 标定协议）、XCP（eXtended Calibration Protocol，扩展标定协议）、KWP2000 协议等。因此上述标定系统总是依赖于特定的通信接口与标定协议，不具有对不 同标定协议与硬件接口的适应能力。当嵌入式控制器的通信接口、标定协议变更 时，必须重新开发相应的标定系统。这样，在嵌入式控制器的开发过程中就需要 增加标定系统的开发，从而增加了开发成本，降低了开发效率。

中国专利申请：基于CCP协议的混合动力电动汽车控制器标定方法(申请号： 200410003472.9)与基于CCP协议的嵌入式通用标定装置及方法（申请号： 200510061162.7）公开了一种采用CCP协议的汽车控制器标定方法，但是只能用 于CAN总线接口，不能适应具有TCP/IP、USB及其他现场总线接口的嵌入式控制 器。中国专利申请：基于ASAP标准的汽车电控单元标定系统及方法(申请号： 200810070030.4)提出了一种采用ASAP(Arbeitskreis zur Standardisierung  von Applikationssystemen,应用系统标准化工作组)的标定系统主要解决标定 系统架构及数据管理问题，但不涉及底层通信设备的差异性。中国专利申请：汽 车电子控制单元通用标定装置（申请号：200810070031.9）的标定装置通过双口 RAM与嵌入式控制器共享参数，再通过CAN转发给上级标定软件，同样与特定的 通信接口耦合。中国专利申请：汽车电控单元通用标定系统（申请号： 200910191680.9）实现了汽车电控单元标定系统界面的自定义与通用化，但并未 实现对通信接口及标定协议的适应性。

本发明针对现有标定系统与嵌入式控制器之间存在强耦合，不能适应多种通 信接口与标定协议的问题，提出一种利用CORBA中间件来屏蔽通信接口与标定协 议细节的标定系统及实现方法，通过该方法为标定系统提供统一数据访问接口， 适应不同通信接口与标定协议的嵌入式控制器，以提高嵌入式控制器参数标定系 统的通用性与适应能力。

发明内容

为了解决嵌入式控制器标定系统缺乏对不同通信接口与标定协议的适应能 力，使得嵌入式控制器开发过程中需要开发配套的标定系统，导致开发成本增加、 开发效率降低的问题，本发明提出一种基于CORBA的嵌入式控制器参数标定系统 方案。CORBA是OMG(Object Management Group，对象管理组织)颁布的一系列有 关分布式对象计算技术的规范之一，其主要目标是解决面向对象的异构应用程序 之间的互操作性问题，以支持异构分布式应用程序间的互操作性及独立于平台和 编程语言的对象重用。本发明提出的方法采用CORBA技术对底层通信接口与标定 协议进行封装，提供统一的数据访问接口，从而降低标定系统与底层通信接口之 间的耦合性，使得标定系统应用软件能以统一的方式访问不同类型嵌入式控制器 的工作参数。按照该方案开发的标定系统屏蔽了底层通信接口与标定协议的细 节，能满足多种不同类型通信接口及标定协议的嵌入式控制器的标定需求，克服 当前标定技术中存在的通用性、适应性差的缺陷。

本发明解决上述技术问题的方案是：设计一种符合CORBA数据访问接口的客 户/服务器模型的标定系统，标定系统包括：CORBA客户端和CORBA服务器两个 部分。CORBA服务器实现与嵌入式控制器的通信，利用CORBA技术对标定系统主 机的通信接口驱动程序与标定协议进行封装，对任意类型的通信接口如USB、 CAN、以太网及其他现场总线等，均提供统一的标准CORBA接口来实现对嵌入式 控制器的工作参数与运行状态数据的访问，从而屏蔽不同通信接口与标定协议的 嵌入式控制器的差异，使其呈现相同的数据访问接口。CORBA客户端实现人机交 互，一方面经对象请求代理ORB（Object Request Broker，）通过CORBA服务器 提供的上述接口读取嵌入式控制器运行状态数据并在软件界面上进行显示；另一 方面根据嵌入式控制器运行状态及控制策略在人机界面上调整控制器工作参数， 并通过CORBA服务器的相同接口下发到控制器中。这两部分结合起来，实现完整 的嵌入式控制器参数标定功能。

本发明利用OMG IDL（Interface Definition Language，接口定义语言） 定义一组支持标定功能的CORBA接口，其CORBA客户端经ORB调用服务器提供的 CORBA接口实现对嵌入式控制器中工作参数的下发和运行状态数据的采集；服务 器所在的计算机与嵌入式控制器连接，服务器通过相应的通信接口读/写控制器 的工作参数与运行状态数据，并通过CORBA接口实现与客户端的数据交换。所述 CORBA服务器由CORBA接口层、数据管理层、通信层与硬件驱动层组成。CORBA 接口层即接口框架（Skeleton），利用符合上述IDL定义的CORBA接口访问控制 器参数；数据管理层提供了对控制器参数的描述，并提供一个控制器参数的映像； 通信层是标定协议的实现，采用XCP协议以支持不同类型的通信总线；硬件驱动 层提供不同类型的通信接口的驱动程序。所述CORBA客户端由人机接口层、数据 管理层与CORBA接口层组成。人机接口层是标定系统的界面，主要包括标定界面 和监控界面，前者用于查看/修改嵌入式控制器工作参数，而后者用于显示运行 状态数据。数据管理层主要用于数据解析及存储。客户端软件的CORBA接口层即 接口存根（Stub），用于访问CORBA服务器软件提供的服务。

本发明还提出一种基于CORBA的嵌入式控制器参数标定方法，CORBA服务器 与嵌入式控制器连接，采用IDL定义标定系统所需的数据访问功能，使不同通信 接口与标定协议的嵌入式控制器呈现相同的CORBA接口，屏蔽不同通信接口与标 定协议的差异，对任意类型的通信接口均提供统一的标准CORBA接口来实现对嵌 入式控制器工作参数与运行状态数据的访问，提供CORBA接口供客户端访问嵌入 式控制器工作参数与运行状态数据；CORBA客户端经ORB通过CORBA服务器访问 嵌入式控制器工作参数与运行状态数据，读取嵌入式控制器运行状态数据并显 示，根据嵌入式控制器运行状态及控制策略在人机界面上调整控制器工作参数， 通过CORBA服务器的相同接口下发到控制器中实现参数标定。

对于控制器工作参数的标定，标定系统与嵌入式控制器的通信由标定系统客 户端发起，经ORB发送到服务器，再转化为CTO数据包，通过通信接口发送给控 制器，控制器收到CTO命令后，解析并查询本地协议栈中的命令列表，并执行命 令列表中相应的操作，反馈应答报文；服务器将报文进行封装，返回给客户端。 对于控制器运行状态参数的标定，客户端发起数据采集DAQ请求，经ORB发送到 服务器，再转化为DTO数据包，通过通信接口发送给控制器，控制器收到DTO 命令后，按命令中的参数自行配置并组织需要向标定系统传输的控制器运行状态 数据，然后按规定周期发送给服务器

本发明提出的基于CORBA的嵌入式控制器参数标定系统及其实现方法，采用 IDL定义标定功能，使不同通信接口与标定协议的嵌入式控制器呈现相同的 CORBA接口，屏蔽不同通信接口与标定协议的差异，使得标定系统客户端软件可 以适应不同通信接口的嵌入式控制器，提高了标定系统的通用性与适应能力。

附图说明

图1．本发明基于CORBA的嵌入式控制器标定系统总体架构；

图2．本发明标定系统软件架构；

图3．本发明标定系统服务器结构图；

图4．本发明标定系统客户端结构图。

具体实施方式

本发明提出一种利用CORBA中间件来屏蔽通信接口与标定协议细节的标定系 统及实现方法，通过该方法为标定系统提供统一数据访问接口，适应不同通信接 口与标定协议的嵌入式控制器，以提高嵌入式控制器参数标定系统的通用性与适 应能力。

以下结合附图和具体实例对本发明的具体实施方式进行描述。

如图1所示为本发明提出的基于CORBA的嵌入式控制器标定系统总体架构。 嵌入式控制器软件编译后，生成控制器参数映像文件（*.map），再由ASAM编辑 器转化为符合ASAMMCD_2协议的数据库文件，用标准的格式描述控制器参数的 信息，如变量名称、数据类型、地址及大小等，供标定系统软件使用；其中，为 了提高标定系统通用性与适应能力，按照客户/服务器模型思想，将传统的标定 系统中与控制器通信的部分分离出来，分成CORBA客户端和CORBA服务器两个部 分。CORBA服务器与嵌入式控制器进行通信，利用CORBA技术封装标定系统主机 的通信接口驱动程序与标定协议，即对任意类型的通信接口如USB、CAN、以太 网及其他现场总线等，均提供统一的标准CORBA接口来实现对嵌入式控制器的工 作参数与运行状态数据的访问，使具有不同通信接口与标定协议的嵌入式控制器 呈现相同的数据访问接口，而不关心数据的表现形式。CORBA客户端实现人机交 互功能，经ORB通过CORBA服务器提供的上述接口读取嵌入式控制器运行状态数 据并在软件界面上进行显示，并根据嵌入式控制器运行状态及控制策略在人机界 面上调整控制器工作参数，通过CORBA服务器的相同接口下发到控制器中实现参 数标定。

如图2所示为本发明基于CORBA的嵌入式控制器标定系统架构。首先用独立 于其他语言及网络协议的OMG IDL定义一组描述标定功能的CORBA接口及其操 作，形成接口定义文件，形如：

标定系统中的数据通信存在命令传输对象CTO(Command Transfer Object) 模式与数据传输对象DTO（Data Transfer Object）模式两种。其中，命令传输 对象模式通过接口CaliCTO实现，标定系统与嵌入式控制器的通信由标定系统客 户端软件发起，经ORB发送到服务器软件，再转化为CTO数据包，通过通信接口 发送给控制器；控制器收到CTO命令后，解析并查询本地协议栈中的命令列表， 如果有相应的命令，则执行相应的操作并反馈应答报文，如果没有找到，则返回 出错报文；服务器再将报文进行封装，返回给客户端实现完整的通信过程。这是 一种同步工作模式，需要标定主机与嵌入式控制器之间进行“一问一答”的信息 交互，主要用于控制器工作参数标定。

数据传输对象模式由接口CaliDTO实现，该模式下标定系统客户端软件发起 数据采集DAQ（DataAcquisition）请求，经ORB发送到服务器，再转化为DTO 数据包，通过通信接口发送给控制器。控制器收到DTO命令后，按命令中的参数 自行配置并组织需要向标定系统传输的控制器运行状态数据，然后按规定周期自 主地发送给服务器。服务器将控制器自主传输的数据进行封装，采用CORBA通知 服务，通过事件通道推送给客户端软件，实现异步数据传输，使嵌入式控制器不 需要标定主机通过命令逐步控制，工作效率高，主要用于控制器运行状态数据采 集与监测。

IDL文件定义CROBA接口后，通过IDL编译器编译，生成相应的客户端存根 与服务器端框架代码，即可在此基础上开发支持标定功能的CORBA客户端与服务 器软件。

如图3所示为标定系统服务器软件结构图。CORBA服务器软件介于标定系统 客户端软件与嵌入式控制器之间，用IDL定义的接口封装与不同类型通信接口的 嵌入式控制器的通信，为作为人机接口层的客户端提供对不同控制器的统一访问 接口，实现人机接口与控制器通信方式的分离。为实现这一目标，CORBA服务器 可分成CORBA接口层、数据管理层、通信层以及通信接口层四个层次。

服务器CORBA接口层即IDL编译后生成的框架，为IDL定义的接口提供编写 服务提供者实现代码的框架，服务提供者通过对数据管理层的访问实现IDL定义 的标定功能。数据管理层提供对两类数据的管理，一类是ASAM数据库中的元数 据，用于描述控制器参数特性，如参数的变量名、数据类型、内存地址等；另一 类是来自嵌入式控制器的实际工作参数与运行状态数据。数据管理层参考元数据 配置控制器上的对象描述表DTO-ODT表（Object Descriptor Table），使得控制 器可以通过DTO-ODT表的配置信息自动地将指定的数据发送给服务器软件。数据 管理层提供对控制器参数与运行状态数据的存储映像，当接收到控制器自动发送 的数据后，存储在本地映像，并通过CORBA通知服务推送给客户端软件进行显示、 存储、分析等，实现对控制器运行状态的监测。通信层提供对标定协议的封装， 为了支持不同类型的通信接口，采用XCP协议。

通信接口层是服务器的最底层，提供不同通信接口及不同供应商通信设备的 驱动。当嵌入式控制器通信接口或标定系统通信设备变更时，只需要变更相应的 服务器，而不需要变更整个标定系统，从而提高标定系统的通用性与适应能力。

如图4所示为标定系统客户端系统结构图。客户端的目标是实现嵌入式控制 器工作参数与运行状态数据的显示，并将界面上由标定人员修改过的控制器工作 参数下发到控制器存储空间。为实现上述目标，客户端可分成人机接口层、数据 管理层、CORBA接口层三个层次。客户端人机接口层的界面主要包括两类，一类 是标定界面，用于显示可标定的嵌入式控制器的工作参数，标定人员在该类界面 上修改控制器工作参数后，通过CORBA存根经ORB传输给CORBA服务器，对控制 器上的对应参数进行更新；另一类是控制器运行状态数据监测界面，显示由 CORBA服务器通过事件通道推送到客户端的控制器运行状态数据。客户端的数据 管理层同样提供对ASAM数据库元数据与控制器实际数据的管理，作为控制器内 存数据区的映像，提供控制器数据的存储功能，并根据元数据对存储的控制器数 据进行解释与转换。客户端的CORBA接口层即IDL编译后生成的客户端存根，作 为客户端程序发送消息给服务器上的远程CORBA对象所需要的接口函数，客户端 程序通过存根经ORB访问服务器实现对嵌入式控制器参数的IDL定义的标定功 能。