脱离硬件设备的加速器控制系统的调试开发系统和方法与流程

1.本发明属于加速器领域和应用软件开发领域，具体涉及一种脱离硬件设备的加速器控制系统的调试开发系统和方法。


背景技术：

2.加速器控制系统主要负责对加速器的各种参数进行监测、诊断、分析和自动控制。加速器的控制系统由不同的子系统组成：磁场相关系统包括：低温系统、超导线圈系统、举升系统、主磁铁系统、trim-rod系统、相位稳定控制器；真空相关系统包括：真空系统、气动系统；高频相关系统包括：发射机、低电平；束流相关系统包括：离子源系统、高频腔、垂直偏转板、相位选择器、引出系统；支撑调试系统：电源系统、水冷系统、束流测量系统以及外部相关系统等等。总之，加速器控制系统是由几十个子系统组成的大系统。
3.加速器控制系统从下到上分为四层：最下层为硬件设备、硬件设备之上是第三方厂家的硬件设备控制器、硬件设备控制器之上是使用者自己编写的中间件程序，中间件程序之上是高级应用软件。其中，所述第三方厂家的硬件设备控制器、以及中间件程序均布设在相应的各自硬件设备的板卡中。
4.加速器控制系统的调试分为上位机高级应用软件的调试和下位机软件的调试，上位机高级应用软件的被调试方是板卡中的中间件程序，下位机软件的被调试方是板卡中的第三方厂家的硬件设备控制器。
5.采用传统方法实现加速器控制系统高级应用软件调试的难点在于：作为被调试方的中间件程序布设在设备的板卡中，由于板卡连着硬件设备、硬件设备庞大而不便于移动，因此，当调试针对每一个子系统的高级应用软件时，调试人员必须抱着电脑到设备旁边进行调试，如果是具有几十个子系统的复杂大系统，可想而知，调试人员必须反反复复抱着电脑到设备旁边进行调试，这就限制了开发人员在反复调试高级应用软件时，只能在现场进行调试，使调试过程非常不方便。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术存在的问题，提出一种脱离硬件设备的加速器控制系统的调试开发系统和方法，目的在于解决调试人员必须反反复复抱着电脑到设备旁边进行高级应用软件的调试，使调试过程非常不方便的问题。
7.本发明为解决其技术问题，提出以下技术方案：
8.一种脱离硬件设备的加速器控制系统的高级应用软件调试开发系统，其特点是：该系统包括主机和运行在主机上的高级应用软件、以及服务器和运行在服务器上的虚拟加速器系统的硬件环境；所述虚拟加速器系统的硬件环境是基于企业级虚拟机esxi操作系统的虚拟加速器系统的硬件环境；
9.所述高级应用软件包括加速器不同子系统的通讯模块、以及加速器不同子系统硬件功能模块；所述虚拟加速器系统的硬件环境包括加速器不同子系统的操作系统、以及不
同子系统的中间件程序；所述不同子系统的中间件程序包括加速器不同子系统的通讯模块、以及加速器不同子系统的硬件功能模块；
10.所述高级应用软件通过双方的加速器不同子系统的通讯模块进行高级应用软件和中间件程序之间的通讯功能调试，所述高级应用软件通过双方的加速器不同子系统的硬件功能模块进行高级应用软件和中间件程序之间的硬件功能相对应的调试；所述双方是指运行在主机上的高级应用软件、以及运行在服务器上的虚拟加速器系统的硬件环境。
11.一种加速器控制系统的高级应用软件调试开发方法，其特点是，包括以下步骤：
12.步骤一、在远程服务器上安装企业级虚拟机esxi操作系统；
13.步骤二、在esxi上配置加速器虚拟硬件开发环境并选择合适的消息中间件，所述虚拟硬件开发环境是指针对加速器不同子系统配置的包括操作系统在内的硬件开发环境；
14.步骤三、根据特定的加速器不同子系统硬件和所选择的消息中间件编写特定的中间件程序，所述的中间件程序用于实现不同子系统硬件的有序操作、以及与高级应用软件之间的数据通讯；
15.步骤四、将所述编写的中间件程序运行在已配置的虚拟硬件开发环境中，通过该中间件程序和该虚拟硬件开发环境模拟加速器控制系统的底层硬件环境；
16.步骤五、根据选择的消息中间件和编写的中间件程序在主机上开发相匹配的高级应用软件；
17.步骤六、利用所述高级应用软件和所述中间件程序进行联调。
18.进一步地，所述步骤二的配置加速器虚拟硬件开发环境，是指在一个esxi上同时配置多个加速器子系统所需要的包括操作系统在内的硬件开发环境。
19.进一步地，所述在一个esxi上同时配置多个加速器子系统所需要的包括操作系统在内的硬件开发环境，包括但不限于：
20.安装基于linux系统的硬件开发环境、在其上运行中间件程序epics ioc，主机上同步开发epics opi操作员界面软件；
21.安装基于vxworks系统的硬件开发环境、在其上运行垂直偏转板的中间件程序、模拟垂直偏转板所需要的底层硬件环境，主机上同步开发垂直偏转板的高级应用软件；
22.安装基于windows系统的硬件开发环境，在其上运行束流诊断的中间件程序，模拟束流诊断系统所需要的底层硬件环境，主机上同步开发束流诊断系统的高级应用软件；
23.安装基于vxworks系统的硬件开发环境，其上运行低电平控制系统的中间件程序，模拟低电平控制系统的底层硬件环境，主机上同步开发低电平控制系统的高级应用软件。
24.进一步地，所述步骤二的选择合适的消息中间件，是指根据不同加速器控制子系统选择不同的消息中间件；所述消息中间件用于实现中间件程序和高级应用软件之间的通讯和数据交流。
25.进一步地，所述根据不同加速器控制子系统选择不同的消息中间件，指每种加速器控制子系统所使用的硬件不同、则通信方式也不同、所选择的消息中间件也不同，所选择的消息中间件包括但不限于：用于束流诊断系统的modbus消息中间件；用于低电平控制系统的scpi消息中间件；用于降能器控制系统的dds消息中间件；用于垂直偏转板控制系统的cpci消息中间件。
26.进一步地，所述步骤五的根据选择的消息中间件和编写的中间件程序在主机上开
发相匹配的高级应用软件，是指该高级应用软件必须与中间件程序功能指令相匹配、并且使用同一种消息中间件，这两个条件均具备才能正确的进行通信和控制。
27.进一步地，所述步骤六的利用所述高级应用软件和所述中间件程序进行联调，具体过程如下：
28.1)高级应用软件调试其和中间件程序的通讯连接代码是否通过，如果没有通过，则修改高级应用软件的对应部分源码；如果调试通过，则中间件程序返回给高级应用软件界面相应的标志，并继续过程2)；
29.2)高级应用软件调试其和中间件程序的硬件功能相对应的代码是否通过，如果没有通过，则修改高级应用软件的对应部分源码；如果调试通过，则中间件程序返回给高级应用软件界面相应的标志，则继续过程3)；
30.3)调试完成。
31.本发明的优点效果
32.1、本发明利用esxi操作系统是一个裸机操作系统的特性，在其上安装加速器几十个子系统所需要的多个操作系统，虽然安装了多个操作系统，但只需要3-4秒就可以远程登录服务器进行各个子系统的高级应用软件的调试，调试人员再也不需要抱着电脑到设备旁边进行调试，坐在办公室就可以完成全部子系统的高级应用软件的调试，工作效率提高了几十倍，产生了从量变到质变的飞跃。
33.2、本发明解决了本领域技术人员一直渴望解决但始终未能解决的技术难题，本领域技术人员一直渴望解决方便调试的技术难题，本发明方法解决了方便调试的技术难题，具有实质性特点和显著的进步。
34.3、本发明采用了人们由于技术偏见而舍弃的“将硬件环境搬到服务器上”的偏见，并克服了这种偏见，从而解决了技术问题，具有实质性特点和显著的进步。
附图说明
35.图1为现有技术加速器控制系统高级应用软件调试系统示意图；
36.图2为本发明加速器控制系统高级应用软件调试系统示意图；
37.图3为本发明利用高级应用软件和中间件程序进行两路联调的示意图；
38.图4为本发明利用高级应用软件和中间件程序进行两路联调的流程图。
具体实施方式
39.本发明设计原理1、创新点：本发明已知产品的某一要素就是指基于硬件板卡的真实硬件环境，由其他已知要素替代就是指由基于esxi操作系统的虚拟硬件环境替代。之所以元素替代后能够产生预料不到的效果，第一，esxi是一个裸机的操作系统也称为虚拟机，所述裸机操作系统就是该操作系统能够直接安装使用，而不需要先安装windows、在windows操作系统上再安装esxi操作系统，这是esxi操作系统的一大特点；第二、esxi本身是操作系统，在这个操作系统上还允许再安装其他多个操作系统；第三、esxi操作系统和传统虚拟机的区别在于：传统虚拟机必须先安装windows，在windows操作系统上再安装传统虚拟机，这就使得当虚拟机安装后非常的卡顿，虽然传统虚拟机上也允许安装其它操作系统，但是可想而知，仅仅
安装一个操作系统都非常卡顿，更不可能再安装其它多个操作系统了。第四、调试上位机高级应用软件和板卡中的操作系统的关系：加速器控制系统是一个大系统，至少有20多个子系统，每个子系统由于所对应的硬件不同，则支持这些硬件的硬件环境、也就是板卡上的操作系统也不同。每个板卡上的操作系统用于支持板卡上的中间件程序，调试上位机高级应用软件时，被调试对象是硬件板卡中的中间件程序， 而中间件程序又依赖于操作系统，因此，调试上位机高级应用软件也就离不开板卡中的操作系统。第五、本发明利用esxi操作系统是一个裸机操作系统的特性，在其上安装加速器20多个子系统（20多个子系统不重复的操作操作系统至少也有四、五个）所需要的操作系统后，只需要3-4秒就可以远程登录服务器进行操作，调试人员不需要抱着电脑到设备旁边进行调试，坐在办公室就可以完成20多个子系统的高级应用软件的调试，工作效率提高了几十倍，产生了从量变到质变的飞跃，因此，元素替代后产生了预料不到的效果。
[0040][0041]
2、解决方案：加速器控制系统的调试主要分为中间件的调试和高级应用软件的调试，中间件程序的调试通过连接底层相关硬件进行调试，高级应用软件的调试则是连接下载有中间件的底层控制器硬件进行调试。本发明主要是创建一种方法虚拟出底层的控制器硬件环境，使调试高级应用软件时不用次次都与底层的控制器硬件相连，脱离了开发加速器控制系统必须与底层硬件控制器相连的难题，方便了高级应用软件的调试和开发。同时，由于各加速器子系统的底层控制器所需要的环境不同，本方法创新性的在服务器上安装了esxi，并在其上配置多个加速器控制子系统所需要的包括操作系统在内硬件环境，方便了开发者在同一台pc机上同时开发多个加速器控制子系统，降低了开发的门槛。
[0042]
基于以上发明原理，本发明设计了一种脱离硬件设备的加速器控制系统的高级应用软件调试开发系统，其特点是：该系统包括主机和运行在主机上的高级应用软件、以及服务器和运行在服务器上的虚拟加速器系统的硬件环境；所述虚拟加速器系统的硬件环境是基于企业级虚拟机esxi操作系统的虚拟加速器系统的硬件环境；
[0043]
所述高级应用软件包括加速器不同子系统的通讯模块、以及加速器不同子系统硬件功能模块；所述虚拟加速器系统的硬件环境包括加速器不同子系统的操作系统、以及不同子系统的中间件程序；所述不同子系统的中间件程序包括加速器不同子系统的通讯模块、以及加速器不同子系统的硬件功能模块；
[0044]
所述高级应用软件通过双方的加速器不同子系统的通讯模块进行高级应用软件和中间件程序之间的通讯功能调试，所述高级应用软件通过双方的加速器不同子系统的硬件功能模块进行高级应用软件和中间件程序之间的硬件功能相对应的调试；所述双方是指运行在主机上的高级应用软件、以及运行在服务器上的虚拟加速器系统的硬件环境。
[0045]
补充说明
[0046]
1、图1(现有技术)和图2(本发明)为现有技术和本发明的对比图，区别在于每个图的下半个部分，现有技术的作为高级应用软件的被调试方的中间件程序布设在硬件板卡中。本发明作为高级应用软件的被调试方的中间件程序布设在服务器的esxi操作系统中。
[0047]
2、图3是高级应用软件和中间件之间进行调试所涉及的调试链路，分二条链路进行调试，一条是通讯链路，一条是功能链路；
[0048]
3、图4是高级应用软件和中间件之间进行调试的顺序，先调试通讯链路，再调试功
能链路；
[0049]
基于以上调试开发系统，本发明还设计了一种加速器控制系统的高级应用软件调试开发方法，其特点是，包括以下步骤：
[0050]
步骤一、在远程服务器上安装企业级虚拟机esxi操作系统；
[0051]
步骤二、在esxi上配置加速器虚拟硬件开发环境并选择合适的消息中间件，所述虚拟硬件开发环境是指针对加速器不同子系统配置的包括操作系统在内的硬件开发环境；
[0052]
步骤三、根据特定的加速器不同子系统硬件和所选择的消息中间件编写特定的中间件程序，所述的中间件程序用于实现不同子系统硬件的有序操作、以及与高级应用软件之间的数据通讯；
[0053]
步骤四、将所述编写的中间件程序运行在已配置的虚拟硬件开发环境中，通过该中间件程序和该虚拟硬件开发环境模拟加速器控制系统的底层硬件环境；
[0054]
步骤五、根据选择的消息中间件和编写的中间件程序在主机上开发相匹配的高级应用软件；
[0055]
步骤六、利用所述高级应用软件和所述中间件程序进行联调。
[0056]
进一步地，所述步骤二的配置加速器虚拟硬件开发环境，是指在一个esxi上同时配置多个加速器子系统所需要的包括操作系统在内的硬件开发环境。
[0057]
进一步地，所述在一个esxi上同时配置多个加速器子系统所需要的包括操作系统在内的硬件开发环境，包括但不限于：
[0058]
安装基于linux系统的硬件开发环境、在其上运行中间件程序epics ioc，主机上同步开发epics opi操作员界面软件；
[0059]
安装基于vxworks系统的硬件开发环境、在其上运行垂直偏转板的中间件程序、模拟垂直偏转板所需要的底层硬件环境，主机上同步开发垂直偏转板的高级应用软件；
[0060]
安装基于windows系统的硬件开发环境，在其上运行束流诊断的中间件程序，模拟束流诊断系统所需要的底层硬件环境，主机上同步开发束流诊断系统的高级应用软件；
[0061]
安装基于vxworks系统的硬件开发环境，其上运行低电平控制系统的中间件程序，模拟低电平控制系统的底层硬件环境，主机上同步开发低电平控制系统的高级应用软件。
[0062]
进一步地，所述步骤二的选择合适的消息中间件，是指根据不同加速器控制子系统选择不同的消息中间件；所述消息中间件用于实现中间件程序和高级应用软件之间的通讯和数据交流。
[0063]
进一步地，所述根据不同加速器控制子系统选择不同的消息中间件，指每种加速器控制子系统所使用的硬件不同、则通信方式也不同、所选择的消息中间件也不同，所选择的消息中间件包括但不限于：用于束流诊断系统的modbus消息中间件；用于低电平控制系统的scpi消息中间件；用于降能器控制系统的dds消息中间件；用于垂直偏转板控制系统的cpci消息中间件。
[0064]
进一步地，所述步骤五的根据选择的消息中间件和编写的中间件程序在主机上开发相匹配的高级应用软件，是指该高级应用软件必须与中间件程序功能指令相匹配、并且使用同一种消息中间件，这两个条件均具备才能正确的进行通信和控制。
[0065]
进一步地，所述步骤六的利用所述高级应用软件和所述中间件程序进行联调，具体过程如下：
[0066]
1)高级应用软件调试其和中间件程序的通讯连接代码是否通过，如果没有通过，则修改高级应用软件的对应部分源码；如果调试通过，则中间件程序返回给高级应用软件界面相应的标志，并继续过程2)；
[0067]
2)高级应用软件调试其和中间件程序的硬件功能相对应的代码是否通过，如果没有通过，则修改高级应用软件的对应部分源码；如果调试通过，则中间件程序返回给高级应用软件界面相应的标志，则继续过程3)；
[0068]
3)调试完成。
[0069]
需要强调的是，上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对上述实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。