IEC61850 C++ 库架构设计方案

一、整体架构设计

采用现代化 C++ 设计理念，结合面向对象和模块化思想，构建分层架构：

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┌───────────────────────────────────────────────────┐
│                     应用层                         │
│  (IEC61850 API: 设备模型、服务接口、配置管理)      │
├───────────────────────────────────────────────────┤
│                    协议层                          │
│  (MMS、GOOSE、SV协议栈，ASN.1编解码)               │
├───────────────────────────────────────────────────┤
│                    抽象层                          │
│  (网络、线程、定时器、内存的平台抽象)               │
├───────────────────────────────────────────────────┤
│                    基础库                          │
│  (智能指针、容器、异常处理、日志系统)               │
└───────────────────────────────────────────────────┘

二、核心模块设计

（一）设备模型模块

namespace IEC61850 {

// 基础类定义
class Object {
public:
    virtual std::string getName() const = 0;
    virtual ~Object() = default;
};

// 数据模型类
class DataAttribute : public Object { /* ... */ };
class DataObject : public Object { /* ... */ };
class LogicalNode : public Object { /* ... */ };
class LogicalDevice : public Object { /* ... */ };
class IED : public Object { /* ... */ };

// 模型工厂
class ModelFactory {
public:
    static std::shared_ptr createIED(const std::string& name);
    static std::shared_ptr createLogicalDevice(const std::string& name);
    // 其他创建方法...
};

} // namespace IEC61850

（二）MMS 协议模块

namespace IEC61850 {
namespace MMS {

// MMS值类型
class Value {
public:
    enum class Type { BOOLEAN, INTEGER, FLOAT, STRING, STRUCT, ARRAY, ... };
    virtual Type getType() const = 0;
    virtual ~Value() = default;
};

// MMS客户端
class Client {
public:
    bool connect(const std::string& ipAddress, uint16_t port);
    void disconnect();
    
    std::shared_ptr read(const std::string& objectReference);
    bool write(const std::string& objectReference, std::shared_ptr value);
    
    // 其他MMS服务...
};

// MMS服务器
class Server {
public:
    bool start(uint16_t port);
    void stop();
    
    void addObject(const std::string& objectReference, std::shared_ptr value);
    void updateObjectValue(const std::string& objectReference, std::shared_ptr value);
    
    // 事件回调注册...
};

} // namespace MMS
} // namespace IEC61850

（三）GOOSE 模块

namespace IEC61850 {
namespace GOOSE {

// GOOSE控制块
class ControlBlock {
public:
    std::string getGoID() const;
    std::string getGoCBRef() const;
    uint16_t getAppID() const;
    
    void setDataSet(std::shared_ptr dataSet);
    void setConfRev(uint32_t confRev);
    // 其他配置方法...
};

// GOOSE发布者
class Publisher {
public:
    bool initialize(const std::string& interface, std::shared_ptr cb);
    void publish();
    
    void updateValue(const std::string& dataRef, std::shared_ptr value);
};

// GOOSE订阅者
class Subscriber {
public:
    bool start(const std::string& interface, const std::string& multicastAddress);
    void stop();
    
    void setCallback(std::function, std::shared_ptr)> callback);
};

} // namespace GOOSE
} // namespace IEC61850

（四）SCL 解析模块

namespace IEC61850 {
namespace SCL {

class Parser {
public:
    std::shared_ptr parseICD(const std::string& filePath);
    std::shared_ptr parseCID(const std::string& filePath);
    std::shared_ptr parseSCD(const std::string& filePath);
};

class Generator {
public:
    void generateICD(std::shared_ptr ied, const std::string& filePath);
    void generateCID(std::shared_ptr ied, const std::string& filePath);
    // 其他生成方法...
};

} // namespace SCL
} // namespace IEC61850

三、关键技术实现

（一）平台抽象层

namespace HAL {

// 网络抽象
class NetworkInterface {
public:
    virtual bool open(const std::string& interfaceName) = 0;
    virtual bool sendPacket(const uint8_t* data, size_t length, 
                           const uint8_t* dstMac, uint16_t etherType) = 0;
    virtual size_t receivePacket(uint8_t* buffer, size_t maxSize, 
                                uint8_t* srcMac = nullptr) = 0;
    virtual ~NetworkInterface() = default;
};

// 线程抽象
class Thread {
public:
    virtual void start() = 0;
    virtual void join() = 0;
    virtual void detach() = 0;
    virtual ~Thread() = default;
};

// 定时器抽象
class Timer {
public:
    virtual void start(uint32_t milliseconds) = 0;
    virtual void stop() = 0;
    virtual bool isRunning() const = 0;
    virtual ~Timer() = default;
};

// 工厂方法
class Factory {
public:
    static std::unique_ptr createNetworkInterface();
    static std::unique_ptr createThread(std::function callback);
    static std::unique_ptr createTimer(std::function callback);
};

} // namespace HAL

（二）内存管理与智能指针

// 自定义内存池实现
template
class MemoryPool {
public:
    T* allocate();
    void deallocate(T* ptr);
    // 其他内存池方法...
};

// 对象生命周期管理
template
using SharedPtr = std::shared_ptr;

template
SharedPtr make_shared(Args&&... args) {
    return std::make_shared(std::forward(args)...);
};

四、异常处理与日志系统

// 异常类
class IEC61850Exception : public std::exception {
public:
    explicit IEC61850Exception(const std::string& message) : m_message(message) {}
    const char* what() const noexcept override { return m_message.c_str(); }
    
private:
    std::string m_message;
};

// 日志系统
class Logger {
public:
    enum class Level { DEBUG, INFO, WARNING, ERROR, CRITICAL };
    
    static void setLevel(Level level);
    static void log(Level level, const std::string& message);
    
    // 便捷方法
    static void debug(const std::string& message) { log(Level::DEBUG, message); }
    static void info(const std::string& message) { log(Level::INFO, message); }
    static void warning(const std::string& message) { log(Level::WARNING, message); }
    static void error(const std::string& message) { log(Level::ERROR, message); }
    static void critical(const std::string& message) { log(Level::CRITICAL, message); }
};

五、设计优势与特点

1. 现代化 C++ 特性

   • 使用智能指针管理对象生命周期
   • 采用 RAII 原则管理资源
   • 利用 C++11/14/17/20 的新特性提升性能和可读性

2. 强类型系统

   • 通过 C++ 的类型系统提供更严格的编译时检查
   • 减少运行时错误，提高代码可靠性

3. 可扩展性

   • 采用接口和抽象基类设计，便于功能扩展
   • 支持插件式架构，可动态加载新功能模块

4. 性能优化

   • 使用内存池减少动态内存分配开销
   • 采用异步非阻塞 I/O 提升并发性能
   • 优化的 ASN.1 编解码算法

5. 安全性

   • 异常安全的设计
   • 严格的访问控制和封装
   • 清晰的资源管理策略

通过这种设计，新的 C++ 库将提供更现代化、更安全、更易扩展的 IEC61850 实现，同时保持与 lib61850 相同的功能覆盖范围和性能水平。