TWI599866B - 設備控制編程系統 - Google Patents

Description

設備控制編程系統

本發明關於一種編程系統，特別是一種藉由雲端資料庫，達到設備控制目的的編程系統。

電子工程所用的系統開發板，是一種包含微處理器以及最少量支援邏輯電路的印刷電路板，除了能讓工程師熟悉某顆微處理器的特性，進而能對其進行編程控制，直接利用系統開發板也能加速某些設備的開發，尤其是針對具有嵌入式系統設備的開發。目前坊間既有已商業化的系統開發板，如樹莓派(Raspberry Pi)、Intel愛迪生開發板(Galileo)、LinkIt(也稱LinkIt One)平台，或是國產的香蕉派(Banana Pi)等，都基於某種處理器架構(ARM或x86)而開發，具有一定的硬體設計與I/O周邊裝置。這些系統開發板無論是為了推廣或是商業訴求，其完整規格都會揭露給使用者，以便使用者能完成後續開發或應用。

通常，這些系統開發板的後續開發或應用，是通過使用C語言或者更低階的組合語言來控制其上的硬體。若該開發或應用是對其它裝置進行溝通或控制，比如透過現有遙控器對某一台遙控機器人進行更細緻動作的操控，多數的 系統開發板上的系統控制僅限於某一個特定裝置，而無法同時設定及管理多個裝置。如果一個系統開發板的後續開發產品，能兼容並蓄許多功能近似的產品；或者某個現有產品的開發板能被進一步修改，更加廣泛地用於其他產品與應用上，那麼對開發商及使用者來說會是莫大的福音，不但導致開發費用(人工、半成品)的減少，加速新產品進入市場的速度，而使用者也由於面對熟悉的介面而能加速瞭解新產品，並可突破產品在控制上的限制。

以上的需求，卡在一個眾所週知的環節上：對硬體設備控制的低階程式語言學習困難，應用不易。這使得修改一個已開發的開發板，難度不下重新開發一塊新的開發板。一般程式設計師使用高階程式語言，比如JAVA、Objective C等，可藉現有作業系統與該語言提供的特殊應用程式介面(Application Programming Interface，API)，來控制某些硬體運作。然而，對於沒有定義的硬體運作，或者是該語言不提供的功能，程式設計師必得和能使用低階程式語言對硬體控制的工程師合作，尋求解決之道。由於程式設計師處理的主要在針對產品的開發，而在用戶的使用經驗與介面卻往往被忽略或是特殊狀況未能一併考慮進去，這額外的作業會花費許多溝通時間，來向合作的工程師說明需求定義以及驗收其成果。對開發者來說，這樣的做法也會使人工成本加倍。然而，以現階段來說，不論程式設計人員或是使用者，均很難對硬體通盤了解而能使用低階程式語言完成開發。

是故，為了降低開發門檻，基於低階程式語言與專用開發設計板之上，建構一個平易好用並適合各式系統開發板的架構與系統，讓人人有機會以高階簡易的程式語言或介面完成設備管控或開發作業，是許多開發商亟於希望擁有的。

本段文字提取和編譯本發明的某些特點。其它特點將被揭露於後續段落中。其目的在涵蓋附加的申請專利範圍之精神和範圍中，各式的修改和類似的排列。

為了解決上述的問題，本發明提出一種設備控制編程系統。該系統包含：一開發板掃描模組，用以掃描一開發板的輸入輸出腳位、取得該開發板的一運作功能、控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能、將前述取得之資料紀錄於一開發板功能資料庫中，及傳輸前述之輸入輸出腳位定義；一網路伺服器，與該開發板掃描模組遠端連接，包括：一裝置資料庫，用以定義及存取複數個設備及/或複數個開發板的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位，及控制器設定的功能；及一指令資料庫，用以存取關於設定該些控制器功能的指令；及一工作主機，與該開發板掃描模組及網路伺服器連接，具有該開發板功能資料庫，用以提供該高階程式語言編程所需之平台，及一高階程式語言使用的一應用程式介面以編程控制該運作功能，包含：一應用程式介面封裝模組，藉由該裝置資料庫、指令資料庫， 及/或開發板功能資料庫內的資料，封裝該高階程式語言使用的應用程式介面；其中該應用程式介面在接受該高階程式語言的程式碼後，編譯該程式碼為可與該開發板溝通之一低階程式語言指令。

依照本案構想，該網路伺服器由接收之輸入輸出腳位定義，判斷是否該開發板已定義於該裝置資料庫中。其中若判斷結果為是，則將該已定義之設備或開發板的控制器與硬體設備規格，及控制器設定的功能，紀錄於該開發板功能資料庫中。該已定義之設備或開發板的控制器與硬體設備規格、控制器設定的功能，及關於設定該些控制器功能的指令，提供給應用程式介面封裝模組，封裝該高階程式語言使用的應用程式介面。其中若判斷結果為否，則將掃描取得的開發板的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能，紀錄於該開發板功能資料庫中。該掃描所獲得之開發板的控制器與硬體設備規格、控制器設定的功能，及關於設定該些控制器功能的指令，提供給應用程式介面封裝模組，封裝該高階程式語言使用的應用程式介面。

又，該運作功能可由一外部開發板，藉由一連接管道傳送至該開發板。其中該連接管道為無線通訊介面或有線傳輸。無線通訊介面，例如紅外線通訊模組、Wi-Fi通訊模組、藍芽通訊模組、RF通訊模組、LTE通訊模組，或WiMAX通訊模組；有線傳輸經由，例如通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)埠、外部序列高技術配置(external Serial Advanced Technology Attachment)埠，或Thunderbolt埠。該運作功能亦可藉由一運作指令而執行。若一運作指令未定義於該指令資料庫中，該網路伺服器進一步定義該運作指令至該指令資料庫。此時，該運作指令亦可由使用者定義。

最好該工作主機為筆記型電腦、個人電腦，或平板電腦。該應用程式介面封裝模組為運行於工作主機之軟體，或安裝於工作主機內之硬體。

本發明的應用程式介面封裝模組，是轉譯高階語言程式與低階語言程式碼的重要元件，因其轉譯的功能，以高階簡易的程式語言或介面完成設備管控或開發作業變得可行。

10‧‧‧設備控制編程系統

100‧‧‧開發板掃描模組

102‧‧‧探針

130‧‧‧網路伺服器

132‧‧‧裝置資料庫

134‧‧‧指令資料庫

160‧‧‧工作主機

162‧‧‧開發板功能資料庫

164‧‧‧應用程式介面封裝模組

200‧‧‧開發板

202‧‧‧遙控模組

204‧‧‧輸入輸出腳位

250‧‧‧遙控器

252‧‧‧通訊模組

300‧‧‧網路

第1圖為依照本發明，一種設備控制編程系統的示意圖。

第2圖為一些常見的開發板，用以說明腳位形式。

第3圖為依照本發明，一種用於操作設備控制編程系統的流程圖。

第4圖為新增指令流程的流程圖。

本發明將藉由參照下列的實施方式而更具體地描述。

請參閱第1圖，該圖揭露一種依照本發明設計的設備控制編程系統10(由點虛線所包圍者)，前述系統是用來提供控制一開發板200運作所需的程式之開發。在開發板200上的電子元件的控制程式，尤其是控制器的控制程式，多半是藉由C語言或組合語言所編程。前述的程式語言(低階程式語言)的溝通對象基本上都是硬體，編寫程式相當不易，因而設備控制編程系統10的目的就是在提供一種方便的高階程式語言(如JAVA)編程平台，其能轉譯高階程式語言程式成為相同功能之低階程式語言程式。

設備控制編程系統10主要由一開發板掃描模組100、一網路伺服器130，及一工作主機160所構成，上述三者的架構與功能分述如下。

開發板掃描模組100可以掃描一開發板200的輸入輸出腳位。實作上，開發板掃描模組100藉由數個探針102插入特定腳位，如V_cc、GND與某一特定待掃描腳位，在開發板200接上電源而對其上輸入輸出腳位204提供電壓訊號時，讀取來自該特定待掃描腳位的訊號，進而做後續判定。探針102數量不受限定，僅須滿足可掃描每一腳位目的即可。關於腳位的說明，請參見第2圖，該圖為一些常見的開發板。第2圖左方的開發板具有數個輸入輸出腳位，其形式為插槽(如實橢圓線所圍之部分)；右方的開發板具有一個通用目的輸入/輸出(General-Purpose Input/Output、GPIO，由實線框所圍)介面，其內包含數個輸入輸出腳位，以針腳形式存在。對於 後者，基於實用目的，探針102也可以杜邦線代替。請注意，本發明所應用的開發板200可以是任何形式的開發板，不限於第2圖所繪示者；它可以是市場上具有公規的開發板，也可以是個人或公司為了某一目的(比如開發具有嵌入式系統的裝置)而設計的開發板。

藉由掃描開發板200的輸入輸出腳位，開發板掃描模組100可以取得該開發板200的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能。開發板掃描模組100可將前述取得之資料紀錄於一開發板功能資料庫162中，也可將前述之輸入輸出腳位定義，通過網路300，直接或間接傳送給網路伺服器130。由於設備控制編程系統10所編程的程式，是要控制一特定物品，如本實施例的一遙控器250，的某一項運作功能，而這運作功能是該特定物品原本可以達成卻未定義的部分，因此，開發板掃描模組100亦可以取得該運作功能的目前設定情形，並將之傳送給網路伺服器130。舉例而言，原遙控器250可讓遙控機器人手舉30、45，及60度，或是只能舉右手，但事實上機器人手可以從0度舉高到80度，且亦可舉左手，只是控制器按鍵不易設計。透過設備控制編程系統10，遙控器250就可以輕易設計手舉的各種角度。

同上所述，網路伺服器130與開發板掃描模組100遠端連接。網路伺服器130的主要部件有一裝置資料庫132、與一指令資料庫134。裝置資料庫132是用來定義及存取數個設備及/或數個開發板的控制器與硬體設備規格、輸入輸出 腳位，及控制器設定的功能。這裡所說的設備，指的是現有實際運作商品的電路板及其上元件，各腳位具有特定功能；而開發板則指的是一般公開或公規的開發板，腳位及其硬體可能並未完全定義。但無論是一設備或開發板，其功能與腳位定義都可被開發板200所引用。在本實施例中，裝置資料庫132就含有數個關於遙控模組的資料，或可供開發遙控模組之開發板的資料。

指令資料庫134是用來存取關於設定裝置資料庫132中，設備或開發板的控制器功能的指令(或控制碼)。這些指令是以前述低階程式語言所編程，但功能上不限於該設備或開發板所定義的那麼狹隘。比如，指令資料庫134中對遙控器250的控制器之指令可包含左右手，轉動角度0到80度。然而，遙控器250對機器人操作的設定僅有右手在30度到60度間轉動。

工作主機160在本實施例中為一筆記型電腦，具有無線網路連接能力，與開發板掃描模組100及網路伺服器130連接。實作上，工作主機160也可以是一台個人電腦或平板電腦。要注意的是，工作主機160必須和開發板掃描模組100使用相同的通訊規範及介面，比如以USB電線及USB介面有線連接，或通過藍芽進行無線通訊。工作主機160具有前述的開發板功能資料庫162。工作主機160可提供該高階程式語言編程所需之平台。當然，該高階語言可進一步以圖形設計介面形式存在，提供使用者更容易上手的操作方式。

工作主機160具有一個關於本發明的重要元件：應用程式介面封裝模組164。該應用程式介面封裝模組164可藉由裝置資料庫132、指令資料庫134，及/或開發板功能資料庫162內的資料，封裝該高階程式語言使用的應用程式介面，並可提供一高階程式語言使用的應用程式介面(Application Programming Interface，API)，用以編程控制該運作功能。同理，該高階語言可進一步以圖形設計介面形式存在，提供使用者更容易上手的操作方式。其中該應用程式介面在接受該高階程式語言的程式碼後，編譯該程式碼為可與該開發板200溝通之低階程式語言指令。亦即，指令資料庫134中的指令可藉由編譯高階程式語言的程式碼而做適度的調整。舉例而言，高階程式語言的程式碼是要設定開發板200，具有遙控機器人左手由0度到75度轉動的功能，通過應用程式介面的轉譯，就能以低階程式語言指令，完成任務。值得注意的是該應用程式介面封裝模組164可為運行於工作主機160之軟體，也可以是安裝於工作主機160內之硬體，協同工作主機160運作。應用程式介面並非單向運作，其亦可將來自低階程式語言指令執行完畢的結果或開發板200回傳的訊息，轉譯成高階程式語言的回傳訊息，讓開發者知道。

設備控制編程系統10的操作流程，請見第3圖。首先，將開發板掃描模組100、網路伺服器130，及工作主機160透過網路300連接(S01)，其中開發板掃描模組100是藉由工作主機160，間接與網路伺服器130相連。接著，將開發板 掃描模組100的探針102，接上開發板200的輸入輸出腳位204，進行掃描(S02)。工作主機160將掃描得到的資訊，比如開發板200的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能，記錄到開發板功能資料庫162中(S03)。同時，工作主機160將輸入輸出腳位定義，傳送給網路伺服器130(S04)，進行開發板認證作業。

所謂的認證作業，即網路伺服器130由接收之輸入輸出腳位定義，判斷是否該開發板200已定義於該裝置資料庫132中(S05)，也就是藉由輸入輸出腳位定義，判定裝置資料庫132中定義的設備或開發板的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位，及控制器設定的功能，有沒有和開發板200是一樣的。若判斷結果為是，則網路伺服器130將該已定義之設備或開發板的控制器與硬體設備規格，及控制器設定的功能傳給工作主機160，紀錄於該開發板功能資料庫162中(S06)。之後，網路伺服器130將該已定義之設備或開發板的控制器與硬體設備規格、控制器設定的功能，及關於設定該些控制器功能的指令，提供給應用程式介面封裝模組164，封裝高階程式語言使用的應用程式介面(S07)。也就是這個應用程式介面僅針對現有的設備或開發板量身訂做，不含其它功能。比如，裝置資料庫132有E123型的遙控器開發板，它是以紅外線進行遙控。另有KK57型的遙控器開發板，它是以藍芽進行遙控。若以E123型相關資料進行封裝，其應用程式介面不會接受藍芽遙控的指示。

若判斷結果為否，則工作主機160將掃描取得開發板200的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能，紀錄於該開發板功能資料庫162中(S08)。接著，工作主機160將掃描所獲得開發板200的控制器與硬體設備規格、控制器設定的功能，及關於設定該些控制器功能的指令，提供給應用程式介面封裝模組164，封裝該高階程式語言使用的應用程式介面(S09)。

要注意的是，一遙控模組202為應用程式介面所控制的工具，若開發者使用非E123型相關開發板，需要先定義這功能與開發板200對應的腳位於開發板功能資料庫162中，比如PIN 11與PIN 12是專屬控制遙控模組202的腳位。類似地，其它功能也需依此方式定義。在以上步驟完成後，開發者便可利用工作主機160提供的高階程式語言編程平台，發展想要的控制程式。由該控制程式轉譯出的低階程式語言程式碼，就是對應該功能於開發板200的控制碼。透過開發板200執行單一或者一連串的動作。如果開發板200上的控制碼可應用於不同的遙控器，即蒐集了來自指令資料庫134內，許多可應用於開發板200上硬體設備與控制器的指令，該開發板200就成了一個多工能遙控器。

依照本發明的精神，前述的運作功能不一定要由開發板掃描模組100掃描腳位而獲得，也可以是由一外部開發板，比如遙控器250的開發板，藉由一連接管道傳送至該開發板，進而由開發板掃描模組100取得。比如，遙控器250有一 通訊模組252，該通訊模組252對遙控模組202傳輸的訊息是遙控器250可以雙腳張開90度。這在指令資料庫134是有相對應指令，然而現有設備或開發板都沒有用到。透過與遙控器250溝通，藉由封裝應用程式介面，這功能可以被啟動。而前述的連接管道不限於利用無線通訊介面的無線傳輸，如紅外線通訊模組、Wi-Fi通訊模組、藍芽通訊模組、RF通訊模組、LTE通訊模組，或WiMAX通訊模組，它也可以是有線傳輸。通常，有線傳輸的資料雙向溝通，可藉由通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)埠、外部序列高技術配置(external Serial Advanced Technology Attachment)埠，或Thunderbolt埠等介面連接而達成。

本發明的另一個實施例，可讓使用者自行對前述的運作功能，定義新的指令。指令資料庫134沒有這新的指令，但新的指令確實可以在一設備上被執行。操作流程請見第4圖。為了說明起見，該新的指令定義為運作指令，現有設備(如前一實施例中的遙控器250)的運作功能藉由運作指令而執行。

當應用程式介面封裝模組164封裝該高階程式語言使用的應用程式介面時，除針對現有開發板200掃描所得或網路伺服器130所提供的資料進行封裝，另外封裝入一新增功能指令(S11)。接著就執行編程完畢的高階程式語言程式碼(S12)，此時，應用程式介面會產生一個新增功能指令，該指令的目的是等待一運作指令，由遙控器250傳送到開發板 200(S13)。當該運作指令接收到後(S14)，應用程式介面將該運作指令傳給網路伺服器130(S15)。如果網路伺服器130判定該運作指令沒有定義於指令資料庫134時，網路伺服器130定義該運作指令至指令資料庫134(S16)。當定義運作指令作業結束，應用程式介面會回傳一個訊息給工作主機160，告知使用者作業已完成(S17)。

還有一種情況是，運作指令可由使用者定義。這種情況就是使用者自行以低階語言開發運作指令，透過上述的操作方式，加該運作指令進入指令資料庫134中。

由本發明之設備控制編程系統10產生之控制程式操作之開發板200，不限在應用於遙控器上。其它符合設備控制編程系統10運作而開發的設備，比如某些嵌入式系統裝置，都可以應用之。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧設備控制編程系統

100‧‧‧開發板掃描模組

102‧‧‧探針

130‧‧‧網路伺服器

132‧‧‧裝置資料庫

134‧‧‧指令資料庫

160‧‧‧工作主機

162‧‧‧開發板功能資料庫

164‧‧‧應用程式介面封裝模組

200‧‧‧開發板

202‧‧‧遙控模組

204‧‧‧輸入輸出腳位

250‧‧‧遙控器

252‧‧‧通訊模組

300‧‧‧網路

Claims (15)

1. 一種設備控制編程系統，包含：一開發板掃描模組，具有可與一開發板的輸入輸出腳位相接的複數個探針或插槽，藉由將該複數個探針或插槽接到該開發板的輸入輸出腳位以透過該開發板的輸入輸出腳位取得該開發板的一運作功能、控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能；一網路伺服器，與該開發板掃描模組遠端連接，包括：一裝置資料庫，用以定義及存取複數個設備及/或複數個開發板的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位，及控制器設定的功能；及一指令資料庫，用以存取關於設定該些控制器功能的指令；及一工作主機，分別與該開發板掃描模組及該網路伺服器連接，該工作主機具有一開發板功能資料庫，用以提供高階程式語言編程所需之平台，及一高階程式語言使用的一應用程式介面以編程控制該運作功能，包含：一應用程式介面封裝模組，藉由該裝置資料庫、該指令資料庫，及/或該開發板功能資料庫內的資料，以封裝該高階程式語言使用的該應用程式介面；其中該應用程式介面在接受該高階程式語言的程式碼後，將該程式碼編譯為可與該開發板溝通之一低階程式語言指令，其中該開發板掃描模組將其透過該開發板的輸入輸出腳位 所取得之該開發板的運作功能、控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能傳送給該工作主機，以便該工作主機將之紀錄於該開發板功能資料庫中；及其中該開發板掃描模組透過該工作主機間接與該網路伺服器相連，以便該網路伺服器可透過該工作主機間接接收來自該開發板掃描模組所傳輸之輸入輸出腳位定義。
2. 如申請專利範圍第1項所述之設備控制編程系統，其中該網路伺服器由接收之輸入輸出腳位定義，判斷是否該開發板已定義於該裝置資料庫中。
3. 如申請專利範圍第2項所述之設備控制編程系統，其中若判斷結果為是，則將該已定義之設備或開發板的控制器與硬體設備規格，及控制器設定的功能，紀錄於該工作主機的該開發板功能資料庫中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之設備控制編程系統，其中由該網路伺服器將該已定義之設備或開發板的控制器與硬體設備規格、控制器設定的功能，及關於設定該些控制器功能的指令，提供給該應用程式介面封裝模組，封裝該高階程式語言使用的應用程式介面。
5. 如申請專利範圍第2項所述之設備控制編程系統，其中若判斷結果為否，則將掃描取得的開發板的控制器與硬體設備規格、輸入輸出腳位定義，及控制器設定的功能，紀錄於該工作主機的該開發板功能資料庫中。
6. 如申請專利範圍第5項所述之設備控制編程系統，其中由該工作主機將該開發板掃描模組所掃描獲得之開發板的控制器與硬體設備規格、控制器設定的功能，及關於設定該些控制器功能的指令，提供給該應用程式介面封裝模組，封裝該高階程式語言使用的應用程式介面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之設備控制編程系統，其中該運作功能是由一外部開發板，藉由一連接管道傳送至該開發板。
8. 如申請專利範圍第7項所述之設備控制編程系統，其中該連接管道為無線通訊介面或有線傳輸。
9. 如申請專利範圍第8項所述之設備控制編程系統，其中該無線通訊介面為紅外線通訊模組、Wi-Fi通訊模組、藍芽通訊模組、RF通訊模組、LTE通訊模組，或WiMAX通訊模組。
10. 如申請專利範圍第8項所述之設備控制編程系統，其中該有線傳輸經由通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)埠、外部序列高技術配置(external Serial Advanced Technology Attachment)埠，或Thunderbolt埠。
11. 如申請專利範圍第1項所述之設備控制編程系統，其中該運作功能藉由一運作指令而執行。
12. 如申請專利範圍第11項所述之設備控制編程系統，其中若該運作指令未定義於該指令資料庫中，該網路伺服器進一步將該運作指令寫入至該指令資料庫。
13. 如申請專利範圍第11項所述之設備控制編程系統，其中該 運作指令可由使用者定義。
14. 如申請專利範圍第1項所述之設備控制編程系統，其中該工作主機為筆記型電腦、個人電腦，或平板電腦。
15. 如申請專利範圍第1項所述之設備控制編程系統，其中該應用程式介面封裝模組為運行於該工作主機之軟體，或安裝於該工作主機內之硬體。