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

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 和 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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