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关键词：C#通信、EPICS、CA、PV、原子操作

导读

EPICS即“实验物理及工业控制系统”（Experimental Physics and Industrial Control System），是上世纪90年代初由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）和阿贡国家实验室（ANL）等联合开发的大型控制软件系统。基于分布式标准的EPICS结构包括两部分：IOC层和OPI层。IOC层又可以细分为6层：通道访问（CA）服务器接口、数据库访问接口、动态数据库、记录支持模块、设备支持模块、设备驱动器。OPI层可以细分为两层：通道访问（CA）客户接口和应用软件【1】【2】。

EPICS CA

CA是EPICS系统的最基本机制，它所能提供的服务包括动态通道定位，数据读写，访问监控，连接监控和自动重接等，CA客户可以根据通道名直接访问系统中的任何一个通道，通道具有回叫（callback）机制，根据客户的预先指定发送监控所得的信息，这样便无须依靠巡回检测来监控系统，可以极大地减轻网络负荷【1】。

CA的C#类库

C#中有开源的EPICS CA类库，在GitHub上有源码【1】，实现了EPICS V3.14的通道访问协议，包含了服务端（Server）和客户端（Client）的实现【3】。在C#项目的Nuget管理中搜索EPICS或者ChannelAccess可以搜索到这个开源的库，安装后即可使用EPICS的通道访问功能。当前这个类库可支持.NET Framwork 4.5及以上版本，以及.NET Standard 2.0。

图 1 Nuget安装EPCIS CA的C#类库

CA Server示例

EPICS服务端，提供了CA的PV创建和更新，可以以一定频率定期更新PV的值，也可以在值发生变化的时候按需进行更新。图2中的范例代码，就是创建一个名称为“REC:VAL”的PV，并设定以Hz的频率对其进行刷新，在“PrepareRecord”事件中更新PV的值，然后值就会被更新给所有监听了该PV的所有客户端。

图 2 EPICS CA Server示例代码

CA Client示例

EPICS客户端，可以监测CA的PV值，当发生变化的时候会触发“MonitorChanged”事件，或者按需获取PV的值。图3中的范例代码是创建一个名称为“REC:VAL”的PV监测通道，并注册“MonitorChanged”事件，监测PV值的变化。如果服务端不在同一台机器，则需要在Configuration中设置SearchAddress，指定服务器地址和端口号。创建后会自动尝试连接服务端，如果监听过程中，与服务端的网络连接中断，客户端也会自动尝试进行重新连接。

图 3 EPICS CA Server示例代码

CA PV值的更新

EPCIS PV的值可以通过Scan属性，设定间隔指定时间自动更新PV的值给客户端，也可以设定Scan的方案为ON_CHANGE，即PV的值发生变化了更新。对于int/double/string等单值类型的变量，发生变化比较好确定。而EPCIS支持数组类型的PV，数组中的值不止一个，如果在赋值的过程中，PV被更新给客户端，则会导致客户端得到的数据一部分是上一次更新的数据，一部分是更新后的。因此，何时更新数组给所有客户端，从而保证数组值的完整性是比较重要的。

ChannelAccess类库提供了原子操作的接口，Server端的代码如图4所示，创建数组通道之后，设定通道的Scan方案为ON_CHANGE，通过using(channel.CreateAtomicChange())保证在using语句块中更新数组的值时，不会将不完整的数组更新给客户端，从而保证了数组数据的完整性。

图 4 EPCIS CA Server更新数组示例代码

参考

【1】 EPICS百度百科：https://baike.baidu.com/item/EPICS 

【2】 EPCIS维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/EPICS 

【3】 NETChannelAccess源码 GitHub地址：https://github.com/paulscherrerinstitute/NetChannelAccess 

【4】 NETChannelAccess Nuget地址：https://www.nuget.org/packages/ChannelAccess/2019.9.24.1

【5】 EPICS官网：https://epics.anl.gov/