1.2　嵌入式MCGS體系結構

MCGS嵌入式組態軟件安裝完畢后，在桌面上會出現“MCGSE組態環境”圖標，“MCGSE”中的“E”是英文單詞“Embedded”的首字母，表示嵌入式版本，區別于網絡式和通用式版本。雙擊該圖標后即可進入運行環境，如圖1-5所示。MCGSE包括兩部分，即組態部分和運行部分。組態部分在基于Windows的平臺上運行，比如Windows XP、Win7、Win8等系統，一旦組態完畢，可以進行模擬調試，發現并解決問題后即可下載到實時多任務嵌入式Windows CE環境下運行，這類似于高級語言的調試（debug）版本與發布（release）版本。

圖1-5　MCGSE組態軟件運行主界面圖

MCGSE的主界面包括用戶窗口、主控窗口、運行策略、實時數據庫和設備窗口五項內容，構成了嵌入式組態軟件的核心體系結構，如圖1-6所示，其中設備窗口處于組態的最底層，負責硬件驅動、通信協議、鏈路控制的組織與管理；實時數據庫為中間層，起到承上啟下的連接作用，保存采集來的數據；用戶窗口、主控窗口、運行策略處于人機交互界面層，方便人的觀察、分析，同時運行相應的控制算法對下位機進行管理。

圖1-6　MCGS組態軟件系統結構圖

（1）設備窗口　設備窗口負責“輸入”與“輸出”操作，從外圍硬件設備讀取數據或向外部執行器發送控制信號，好比人的眼睛、耳朵等感應器官以及手、腳等執行器官。設備窗口設置的是各種硬件設備的驅動，比如數據采集卡、智能儀表、PLC、繼電器模塊、稱重儀表、變頻器等設備。為了與各種設備相連，必須要有設備的驅動，這樣軟件才能操控硬件，驅動程序就是與硬件配套的操控代碼，不同公司的設備有不同的驅動程序，類似于計算機聲卡、網卡等的驅動程序。如果組態軟件連接的設備沒有驅動，或者提供了通信協議，比如串口RTU協議和數據格式，但是并沒有提供相應的驅動，這時，用戶無法使用該設備，需要組態軟件開發人員編寫驅動程序或在組態軟件中嵌入腳本程序，兩者是相同的。驅動程序對代碼進行了封裝，保證了商業秘密；嵌入腳本程序靈活，但是會導致代碼外泄。本書將全面完整地對各種各樣的串口外圍設備進行分類、歸納和實例分析，讓用戶輕松掌握底層驅動的開發過程。

（2）實時數據庫　實時數據庫強調了“實時”與“庫”的概念，“實時”就是“步調一致”地與外部設備進行數據交換，或者從外部設備讀入數據，或者向外部設備輸出數據，而輸入輸出的數據要存儲在一個“庫”中，這個庫就是由若干個數值型、開關型、字符型等結構變量組成的集合。數據庫相當于一個紐帶，將硬件設備與上層軟件監控界面連接在一起，向下可以與硬件設備實時更新數據，向上可以將數據輸送到監控界面。所以數據庫起著“橋梁”的作用，但是數據是以何種方式進行組織的呢？是排好序再上傳，還是求出最大值再上傳，這些都是由運行策略來完成的。

（3）運行策略　運行策略相當于數據的組織“方法”，數據放到了“庫”中，是雜亂無章的，必須經過分類和整理，按一定的規范和格式輸出。比如將數據按從小到大的順序排列起來，然后輸出到監控界面；或者將某一段有用的數據截取出來；還可以將不同位置的字節取出來重新組合，等等。運行策略相當于一種組織方式和管理手段，類似于行政部門的“組織部”，組織部的作用是“人盡其才”，目的是將“人”這一數據放到合適的位置，讓其發揮最大的作用。運行策略的方便之處在于提供了靈活的腳本語言，用戶可以用指令、函數編寫各種程序代碼完成特定功能，所以運行策略是一個大家庭，每一種具有某種功能的代碼都稱之為一個“策略”，與高級語言中的過程、函數等相似。這些各司其職的策略組合在一起，就構成了整個系統的運行策略，實際上，相當于執行功能的集合體。如果把組態軟件比作一個人，運行策略就是人的各式各樣的動作，比如走路、跑步、跳遠、攀巖、吃飯、喝水、看書等。

（4）用戶窗口　用戶窗口是一種以圖形、表格、曲線等形式展現數據的平臺，是人機交互界面，用戶“人”與外部設備“機”之間就是通過這一界面進行信息交互。例如，將采集的數據以曲線顯示，這一過程體現的是數據隨時間的變化情況；將數據以柱狀圖展示，這表現的是數據之間的相互關系；將數據以餅狀圖示意，這給出了部分與整體的關聯。總之，沒有用戶窗口，相當于少了一個會話層的展示接口，至于底層如何從設備采集數據，如何去執行用戶的按鍵指令、程序指令，用戶并不關心，這就是現在人機交互的優勢，讓用戶脫離于底層復雜的編碼過程，使控制過程更加專業化和模塊化。所以，用戶窗口需要由用戶進行版面設計、控件布置、數據關聯，真正體現了組態軟件“配置”這一理念。目的是使用戶窗口中的圖、表、曲線、控件等要素組成一幅完整的“畫”面，并且能夠實時動態地反映工藝流程的變化，此“畫”（觸摸屏展示的動畫）與彼“畫”（運行的工藝流程）實時地聯系在一起。

（5）主控窗口　主控窗口是嵌入式組態軟件的中樞，從圖1-6可以看出，主控窗口負責控制用戶窗口、實時數據庫和運行策略，圖中的箭頭全部指向外部，說明主控窗口的指令是控制這三個窗口。主控窗口好比企業的管理系統，起到分配調度的功能。以大家熟悉的超市購物為例，主控窗口相當于超市管理部門，負責商品的物流、入庫、出庫、銷售、統計等；點心、飲料、水果、蔬菜、海鮮、衣服等商品相當于數據，存放在庫房（實時數據庫）；明天正好是節假日，管理部門（主控窗口）預先將大量商品（數據）運送到銷售區，這個過程相當于執行了應對節假日這一特殊情況（運行策略）；商品被貼上了各式各樣的打折標簽，擺放在顧客顯眼的位置（用戶窗口）。管理部門（主控窗口）就是調度中心，在時間和空間上協調各部分之間的關系，哪個商品（數據）在什么時間放在什么位置（用戶窗口）。因此，主控窗口起到了“管家”的作用。

上述分析了嵌入式組態軟件的體系結構，從中可以看出組態的思想，將不同功能的模塊分類，放在了五個不同的結構中，用戶只要根據工藝流程迅速將不同的要素分在不同的結構中，然后將它們匹配連接在一起，就構成了人界面機的結合，使數據信息流（數據信號、控制指令）在HumanSoftwareHardware 之間相互傳遞，組織形成一個監測與控制的整體，即實現了“組態”的過程。參考二維碼視頻講解。