在上位機(jī)開發(fā)領(lǐng)域中，C#與C++兩種語言是應(yīng)用最多的兩種開發(fā)語言，在C++語言中，與之搭配的前端框架通常以QT最為常用，而C#語言中，與之搭配的前端框架是Winform和WPF兩種框架。今天我們主要討論一下C#和WPF這一對組合在上位機(jī)開發(fā)過程中的實際應(yīng)用。

一、模塊化概念

開發(fā)一套完善的軟件，離不開良好的架構(gòu)，而說到架構(gòu)，在C#中，Prism框架與WPF的配合可謂大大提高了開發(fā)效率，原因如下：Prism框架中有IOC容器（分別是unity和dryioc），IOC容器負(fù)責(zé)管理類的生命周期；另外，Prism框架的WPF版本還有區(qū)域管理器（RegionManager）、事件聚合器(EventAggregator)，對話框服務(wù)(DialogService)、適配器(Adapter)、模塊管理器(ModuleManager)等。

除了模塊管理器（IModule接口），其他幾個重要的管理器都是為了更方便實現(xiàn)界面呈現(xiàn)及業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)，那么模塊管理器的功能是什么呢？程序員往往會將一個大型的軟件項目拆分成小項目（模塊），比如上位機(jī)系統(tǒng)中會接入各種硬件（工業(yè)相機(jī)、PLC、數(shù)據(jù)采集器、掃碼槍、控制卡等），良好的軟件架構(gòu)思路是將同一種類型的硬件抽象成一個硬件抽象類，然后，不同型號的硬件與繼承這個抽象基類，實現(xiàn)各自硬件的業(yè)務(wù)邏輯（加載硬件、打開硬件、使用硬件、關(guān)閉硬件），要實現(xiàn)這些開發(fā)，Prism的模塊就派上用場了。也就是將硬件進(jìn)行模塊化，由Prism框架去實現(xiàn)及統(tǒng)一管理。

當(dāng)然，除了上述的例子，軟件的基礎(chǔ)庫，軟件的業(yè)務(wù)邏輯，同樣可以拆成不同的模塊，最后由Prism框架統(tǒng)一管理。

二、反應(yīng)式概念

C#語言為我們提供了一個IObservable<T>接口,也就是設(shè)計模式中的觀察者模式在C#語言中的具體實現(xiàn)。ReactiveUI框架對此接口進(jìn)行了擴(kuò)展，使之變得易用。

在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)中，我們對某個屬性發(fā)生變化后要進(jìn)行下一步的相應(yīng)處理時，會主動對判斷這個屬性的值，然后實現(xiàn)相應(yīng)的代碼邏輯。而在觀察者模式下，我們會寫一個觀察者，由這個觀察者去“實時”觀察這個屬性，一旦觀察到屬性值發(fā)生了改變，會拋出一個通知。

那么，通知誰呢？

誰去訂閱了這個觀察者，其回調(diào)函數(shù)都會被觸發(fā)一次調(diào)用，從而達(dá)到一個目的，即被觀察的那個屬性發(fā)生改變后會執(zhí)行事先寫好的“某一段代碼邏輯”。

這樣的開發(fā)模式在寫上位機(jī)軟件時非?？煽亢鸵子茫驗樯衔粰C(jī)可能會實時監(jiān)測下位機(jī)的某些參數(shù)變化，一旦硬件參數(shù)發(fā)生變化，軟件要相應(yīng)給出動作（做出反應(yīng)），這種反應(yīng)，我們稱為反應(yīng)式編程。

三、軟件架構(gòu)

良好的架構(gòu)，可以幫助開發(fā)人員提高開發(fā)效率，減少bug的發(fā)生，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我們可以將一個上位機(jī)系統(tǒng)分成如下幾個方面：

第一是具有通用性的基礎(chǔ)類庫，這一些類與具體的業(yè)務(wù)邏輯無關(guān)，只幫助處理業(yè)務(wù)過程中的數(shù)據(jù)，通常是一些幫助類，或者語言包，本地設(shè)置等等；

第二、是硬件模塊，上位機(jī)開發(fā)離不開硬件的接入，而不同的上位機(jī)系統(tǒng)，其接入的硬件也是五花入門，比如MES系統(tǒng)，可能最常見的硬件是PLC、掃碼槍；而控制系統(tǒng)，則控制卡與各種被控設(shè)備的信息反饋最為常見；AOI，AXI等工業(yè)視覺檢測方面，則接入的硬件除了PLC和控制卡，還有工業(yè)相機(jī)，光機(jī)，光源等等；或者醫(yī)學(xué)方機(jī)的上位機(jī)，包含了更多的非標(biāo)設(shè)備。

如此多的硬件，如何有序的接入到上位機(jī)呢？

答案是，最好將同一種類型的硬件抽象成一個基類，通過接口、抽象類、繼承等方面的編程手段，為每一種不同廠家或不同型號的硬件創(chuàng)建一個項目，將這些項目看成是一個個獨立的模塊，像小孩子玩積木游戲一般，將硬件“堆積”到上位機(jī)中，一旦某個型號的硬件想被替換，直接將新硬件的模塊加載到上位機(jī)即可。

第三，是數(shù)據(jù)庫模塊。由于上位機(jī)系統(tǒng)運行過程中需要處理大量的數(shù)據(jù)，其處理結(jié)果需要持久化，一般采用文件或數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行保存。而數(shù)據(jù)庫的操作就可以單獨形成一個模塊，這個模塊包含抽象類模塊和具體的數(shù)據(jù)庫操作類模塊，因為最終要保存的數(shù)據(jù)庫可能是mysql、oracle、mssql等不同的數(shù)據(jù)庫，所以最好的方式是為不同類型的數(shù)據(jù)庫的增刪改查等操作開發(fā)各自的模塊，以便管理和替換。

第四，是業(yè)務(wù)邏輯模塊。這一類型的模塊會隨著不同行業(yè)的上位機(jī)功能需求，模塊的多少會有所不同。盡量將復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯拆分成獨立的小型業(yè)務(wù)模塊，模塊與模塊之間采用接口通訊，這樣做的好處是：減少代碼間的耦合程度，盡量開發(fā)一些職責(zé)單一的類，達(dá)到具有良好擴(kuò)展性的代碼架構(gòu)。

四、詳細(xì)設(shè)計

在聊完了大致的軟件架構(gòu)，我們來談?wù)劸唧w的模塊設(shè)計。利用vs2022開發(fā)軟件，一個模塊就是一個項目，有的項目是類庫，有的是用戶控件，有的是窗體，還有的是C++項目，具體的開發(fā)如下所示：

為了更清晰明了每個項目的含義，我們制定一套項目（模塊）的命名規(guī)則：公司名+架構(gòu)分類名+模塊名，比如Company.Application.Main，表示應(yīng)用層的主模塊。

第一、程序入口項目

Company.Application.Shell，這是上位機(jī)系統(tǒng)的入口，其實是一個窗體，啟動時加載的第一個窗體，其內(nèi)容由主模塊進(jìn)行填充。

第二、應(yīng)用層模塊

Company.Application.Main，這是上位機(jī)的主模塊，由Prism框架的區(qū)域管理器將此模塊導(dǎo)航到Shell窗體中。

Company.Application.Config，這是上位機(jī)的系統(tǒng)配置模塊。

Company.Application.Login，這是上位機(jī)的用戶登錄模塊。

Company.Application.Initialize，這是上位機(jī)的硬件加載模塊，當(dāng)然一些軟件方面的加載也可放其中。

Company.Application.Share，這是上位機(jī)的共享模塊，此模塊的作用非常重要，負(fù)責(zé)各個模塊的數(shù)據(jù)通訊。

Company.Application.Menu，這是上位機(jī)的菜單模塊，負(fù)責(zé)菜單生成或管理。

Company.Application.More，這個表示其它模塊，根據(jù)上位機(jī)功能而定。

第三、核心層模塊

Company.Core，這是上位機(jī)的核心模塊，與主業(yè)務(wù)無關(guān)，提供一些基礎(chǔ)幫助類，全局類等，比如Json文件的序列化與反序列化，對話框管理器、緩存管理、本地語言包管理、各種helper類型等。

Company.Logger，這是上位機(jī)的日志模塊，可以采用NLog或Log4net等常用組件，此模塊也與主業(yè)務(wù)無關(guān)，被其它所有模塊所引用，負(fù)責(zé)打印程序錯誤信息或調(diào)試信息。

Company.UI，這是上位機(jī)關(guān)于UI的資源模塊，如WPF的模板樣式定義、程序所引用的圖標(biāo)、圖像、字體庫、語言包、轉(zhuǎn)換器，用戶控件等。

第四、硬件層模塊

Company.Hardware.Camera，這是上位機(jī)的工業(yè)相機(jī)抽象類模塊，負(fù)責(zé)定義一臺相機(jī)的功能，定義相機(jī)的配置參數(shù)和操作業(yè)務(wù)流程（如打開相機(jī)、使用相機(jī)、關(guān)閉相機(jī)）。

Company.Hardware.Camera.HIK，表示一臺?？倒I(yè)相機(jī)，它繼承了相機(jī)抽象類，并實現(xiàn)其自身的API調(diào)用。

Company.Hardware.Camera.Other，表示其它工業(yè)相機(jī)，other要換成具體的相機(jī)名稱，說明可能無限擴(kuò)展其它廠家或其它型號的相機(jī)。

Company.Hardware.ControlCard，這是上位機(jī)的控制卡抽象基類，負(fù)責(zé)定義一張控制卡的功能，但不實現(xiàn)具體的操作流程，只規(guī)定操作接口，具體操作由子類實現(xiàn)。

Company.Hardware.ControlCard.DMC2610，比如雷賽運動控制卡DMC2610。

Company.Hardware.ControlCard.ADTech632XE，比如眾為興運動控制卡632XE。

其它的硬件都可以采用上述的命名方式去擴(kuò)展。

第五、數(shù)據(jù)庫模塊

Company.Database.Core，這個模塊定義了數(shù)據(jù)庫的操作接口，倉儲層的抽象類型 等。

Company.Database.EF，這是采用EF框架去對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增刪改查的模塊，其中的類型都繼承于Core中的抽象類。

接下來，用一張結(jié)構(gòu)圖，演示詳細(xì)的上位機(jī)架構(gòu)

上位機(jī)開發(fā)架構(gòu)設(shè)計高清大圖鏈接地址 ：

上位機(jī)課程思維導(dǎo)圖

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