腳本語言在數(shù)據采集系統(tǒng)中的應用研究

    為了解決軟件開發(fā)的難題，人們發(fā)明了匯編語言，通過一些助記符來減輕二進制編碼的開發(fā)壓力。這的確是行之有效的方法，然而，匯編語言太依賴程序員的素質，而且無法適應大規(guī)模的開發(fā)。
    到了上世紀60年代，出現(xiàn)了Fortran，Cobol，Lisp，Algol 60等現(xiàn)代高級語言。程序員可以用接近自然語言的程序語言編制軟件，再通過編譯器轉換成機器可執(zhí)行的代碼。由于使用精確的形式語言來定義程序語言本身，并通過對硬件的抽象使得程序與計算機平臺無關，導致高級語言生產效率提高、維護費用降低，計算機軟件業(yè)得以蓬勃發(fā)展。
    為了實現(xiàn)生產效率的提高、可靠、易維護、易管理的開發(fā)思想和方法。文中在介紹腳本語言及使用的基礎上，提出了其在數(shù)據采集系統(tǒng)中的使用模型及具體實現(xiàn)。

1 腳本語言簡介
    腳本語言是為了縮短傳統(tǒng)的編寫一編譯一鏈接一運行(edit-compile-link-run)過程而創(chuàng)建的計算機編程語言。相對于編譯型計算機編程語言，用腳本語言開發(fā)的程序在執(zhí)行時，由其所對應的解釋器(或稱虛擬機)解釋執(zhí)行。系統(tǒng)程序設計語言是被預先編譯成機器語言而執(zhí)行的。腳本語言的主要特征是：程序代碼即是腳本程序，亦是最終可執(zhí)行文件。腳本語言可分為獨立型和嵌入型，獨立型腳本語言在其執(zhí)行時完全依賴于解釋器，而嵌入型腳本語言通常在編程語言中(如C，C++，VB，．Java等)被嵌入使用。
    腳本技術得益于計算機硬件的加速發(fā)展。過去某些情況下甚至系統(tǒng)程序設計語言也不夠有效，因此不得不用匯編編寫應用程序。而今的機器比1980年的快100～500倍，且仍在以每18個月翻一番的速度增長。計算機性能快速提高，使計算機程序越來越復雜。因此，開發(fā)時間已遠比運行時間緊迫。這時，腳本語言作為系統(tǒng)程序設計語言的補充，開始被主要的計算機平臺所同時提供。編程語言已經由性能低下的硬件與執(zhí)行效率之間的矛盾，轉變?yōu)榭焖僮兓氖袌鲂枰c低效的開發(fā)工具之間的矛盾，所以腳本語言的發(fā)展在今后的軟件開發(fā)中有著必然的趨勢。
    腳本語言和系統(tǒng)程序設計語言，一個重要的不同是腳本語言是被解釋而系統(tǒng)程序設計語言是被編譯。被解釋的語言由于沒有編譯時間而提供快速的轉換，通過允許用戶運行時編寫應用程序，而不需要耗時的編譯／打包過程。解釋器使應用程序更加靈活，腳本語言的代碼能夠被實時生成和執(zhí)行。腳本語言通常都有簡單、易學、易用的特性，目的就是希望能讓程序設計師快速完成程序的編寫工作。

2 腳本語言的一般應用
    腳本語言主要應用在以下幾個方面：
    (1)作為批次處理語言或工作控制語言。許多腳本語言用來執(zhí)行一次性任務，尤其是系統(tǒng)管理方面。DOS，Windows的批處理文件和Unix的shell腳本都屬于這種應用；
    (2)作為通用的編程語言存在，如Perl、Py-thon、Ruby等。由于“解釋執(zhí)行，內存管理，動態(tài)”等特性，它們仍被稱為腳本語言。但它們已經用于應用程序編寫，用戶也不把它們看作腳本語言；
    (3)許多大型的應用程序都包括根據用戶需求而定制的慣用腳本語言。同樣地，許多電腦游戲系統(tǒng)使用一種自定義腳本語言來表現(xiàn)NPC(Non-Player Character，Non-Playable Character，Non-Player Class)和游戲環(huán)境的預編程動作。此類語言通常是為一個單獨的應用程序所設計，雖然它們貌似一些通用語言(如Quake C，Modeled After C)，但它們有自定義的功能；
    (4)網頁中的嵌入式腳本語言。熟知的HTML(Hyper Text Mark-up Language)即超文本標記語言，就是一種腳本語言，它的解釋器就是瀏覽器。JavaScript直到現(xiàn)在仍然是網頁瀏覽器內的主要編程語言，它的ECMAScript標準化保證了它成為流行的通用嵌入式腳本語言。另外，隨著動態(tài)網頁技術發(fā)展，ASP、JSP、PHP等嵌入網頁的腳本語言正被廣泛使用，不過這些腳本要通過Web Server解釋為Html而被瀏覽器執(zhí)行；
    (5)腳本語言在系統(tǒng)應用程序中嵌入使用，作為用戶與系統(tǒng)的接口方式。在工業(yè)控制領域，PLC編程、組態(tài)軟件的腳本語言是擴充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段；在通信平臺領域，IVR(自動語音應答)流程編程；Office辦公軟件，提供的宏和VBA；其他應用軟件如ER Studio提供的Basic MacroEditor，用戶可以編寫Sax Basic腳本操作ER圖，生成Access庫、導出Word文檔等擴展功能。

3 腳本語言在數(shù)據采集系統(tǒng)中的應用
    縱觀程序設計語言的發(fā)展，一個很顯著的特點就是以機器的性能換取人的效率，以提高開發(fā)者的工作效率和滿足人的需求為目標，在所有資源中人是最昂貴的資源，因而程序的編寫從面向機器逐漸向面向人過度。而腳本語言就是可以提高開發(fā)效率和滿足客戶需求程序設計的最好選擇。比如在開發(fā)中需要對客戶自定義表達式計算時，如果自己去寫表達式解析，將是一個幾乎無法完成的任務。而使用微軟的Script控件，把表達式作為腳本函數(shù)返回值，讓Script控件解釋計算，幾行代碼就完成了，開發(fā)效率大大提高。
    在軟件系統(tǒng)實踐中，用的最多的就是把腳本嵌入應用程序中?？焖匍_發(fā)工具Delphi除了可用使用ActiveX控件類型的腳本引擎外，也有許多優(yōu)秀的原生Delphi腳本引擎控件如Scripter Studio，PaxScr4pter，Inner Fuse Pascal Script，F(xiàn)ast Script等。在開發(fā)一款通用的數(shù)據采集系統(tǒng)中，就采用了核心架構使用高級語言，用戶擴展和通訊協(xié)議使用Fast Script描述的設計模式。之所以選擇FastScript，因為Fast Script是一個交叉平臺的語言的腳本引擎。它對希望增加腳本功能的編程人員非常有用。Fast Script是用100％的Object Pascal編寫，具有支持OLE和變量數(shù)組，可以使用多語言腳本(Pascal Script、C++ Script、JScript和BasicScript)，與標準面向對象語言語法相近，可以使用程序內的任何對象、標準庫訪問基類、控件、窗體和DB；易可擴展的庫結構；內存占用小等特點。
    系統(tǒng)的結構，如圖1所示。采用這種模式，就是要充分發(fā)揮系統(tǒng)程序語言和腳本語言的各自優(yōu)勢。因為核心架構需要創(chuàng)建采集線程、進行任務調度、處理系統(tǒng)消息和加載腳本引擎等，而這些需要穩(wěn)定且處理效率高，所以使用系統(tǒng)程序語言開發(fā)；而對于千變萬化的通訊協(xié)議，如果全都被系統(tǒng)核心架構包括，是不可能的。而把各種通訊協(xié)議用不同的腳本語言文件描述，供采集系統(tǒng)調用，問題就可以解決了。

    如圖1所示，通過系統(tǒng)配置，告訴采集核心需要建立的采集通道(對應采集點，每個通道的任務在自己的線程中調度)，以及每個通道的采集任務(對應與通訊協(xié)議腳本)和調度方案(何時啟動采集或者多長時間周期采集一次)。正是應用了腳本語言描述采集任務，使得系統(tǒng)具有高度靈活的可配置性。
    采集任務通過xml文檔描述，具體的通訊使用Fast Script描述。xml文檔結構如下：

    <?xml version=“1．0” encoding=“GBK”?>
    <項目名稱=“采集器對時”開始流程=“通信步驟1”>
    <全局變量初始化腳本=“…”／><!－－采集任務必要的全局變量加載腳本－－>
    <通信流程名稱=“通信步驟1”下一流程=“通信步驟2”>
    <發(fā)送數(shù)據腳本=“…”／><!－－通信步驟發(fā)送數(shù)據的腳本－－>
    <收全判斷腳本=“…”／><!－－判斷通信數(shù)據是否收全的腳本，收全后進入下一步驟－－>
    <正確回復腳本=“…”／><!－－判斷通信步驟收到數(shù)據是否正確的腳本－－>
    <／通信流程>
    ……
    <通信流程名稱=“通信步驟n”下一流程=“”>
    <發(fā)送數(shù)據腳本=“…”／>
    <正確回復腳本=“…”／>
    <收全判斷腳本=“…”／>
    <／通信流程>
    <數(shù)據處理腳本=“…”／><!－－處理收到數(shù)據的腳本，一般用于數(shù)據解析并保存數(shù)據－－>
    <／項目>
    在系統(tǒng)核心中，把系統(tǒng)一些常量、函數(shù)聲明、讀入的腳本一起組成完整的腳本。
    以下是幾個典型腳本的例程(函數(shù)聲明為系統(tǒng)定義，斜體部分為XML文檔中讀入系統(tǒng))。
    全局變量初始化腳本如下：
    Procedure (Conn： TADOConnection； varGlobalVar：Variant)；
    begin{全局變量分別為采集點地址，開始地址，結束地址}

   
    系統(tǒng)核心按照XML定義的流程，通過腳本控件的CallFunction、CallFunctionl、CallFunction2方法調用腳本中的函數(shù)，根據執(zhí)行結果執(zhí)行相關操作并寫入日志。在實踐應用中發(fā)現(xiàn)，整個腳本的語法檢查(Compile方法)占用系統(tǒng)的資源最多、對系統(tǒng)影響較大。所以在系統(tǒng)開始時，就把所有任務腳本讀人內存中，并通過腳本控件的語法檢查，這樣雖然加大了系統(tǒng)內存開銷，但是整個腳本語法檢查只做一次，任務調度時直接執(zhí)行腳本。比較與每次任務調度時讀人腳本、檢查語法、執(zhí)行，效率提高相當明顯，幾乎可以達到與系統(tǒng)語言相媲美水平。
    除了描述采集通訊協(xié)議，系統(tǒng)還允許用戶通過腳本自定義界面，開發(fā)了腳本編輯、調試工具，方便腳本編寫，這里不作詳述。
    從上述應用可以發(fā)現(xiàn)，這種腳本的語法與Del-phi十分相似，易于編寫，又能描述復雜、變化的任務。即能保持基本框架不變，又能使系統(tǒng)靈活。

4 結束語
    今天，用腳本語言編寫的應用程序的數(shù)目遠多于用系統(tǒng)程序設計語言編寫的應用程序的數(shù)目。在Unix系統(tǒng)中有比C程序更多的外部腳本。當然，多數(shù)大型和廣泛使用的應用程序都是用系統(tǒng)程序設計語言寫成的，但腳本語言已經是應用程序開發(fā)的主動力，并且今后它的市場份額會繼續(xù)提高。腳本將對越來越多的應用程序產生吸引力。以Python，Perl，Tcl，Ruby為代表的動態(tài)語言越來越受到開發(fā)者的青睞，使用動態(tài)語言群體、社區(qū)不斷壯大，許多開發(fā)團隊不再單純使用一種語言編程開發(fā)軟件，而是混合式編程，動態(tài)語言作為膠水語言專為應用程序而設計，在今后的混合式應用中變的越來越重要，甚至有人認為腳本語言是“21世紀更高級的編程語言”。