2.虚拟仪器系统软件结构与模型.txt

虚拟仪器软件的介绍

范），否则该产品将不是合格的VPP产品。
在VPP-2规范中，定义与描述了组成一个完整的VPP系统的所有框架元件，其中包括
：
1、 VXI主机箱：VPP规范要求VXI系统中的主机箱设计除必须符合VXI总线规范标准
外，还应提供用于自动计算VXI系统功率与致冷要求的知识库文件。
2、 VXI零槽/资源管理器（包括嵌入式或外挂式计算机系统）：VXI零槽/资源管理
器的设计必须符合VXI总线规范。目前，外挂式计算机接口除了GPIB接口、MXI接口
、还有IEEE1394高速串行接口，且后者具有较大的性价比优势。
3、 仪器模块：VPP系统框架的仪器模块类型可以包括VXI仪器、GPIB仪器、串行接
口仪器等。
4、 仪器硬件接口：实现计算机与仪器模块之间的数据与信息通讯。VPP系统框架
应支持VXI消息基器件的字串行协议、寄存器基器件的寄存器级通信协议、GPIB仪
器的IEEE488.1/IEEE488.2标准、RS232仪器的串行通信协议以及其它用于计算机与
仪器通信的协议标准。
5、 操作系统：十种系统框架分别支持五种不同的操作系统，分别与各自的框架名
相对应。
6、 I/O接口软件：VISA作为一个I/O接口软件，为不同供应厂家的软件模块运行于
同一个平台提供了统一的基础，理论上，VISA库的源程序是唯一的，而不同的系统
框架要求提供不同的VISA API接口。
7、 仪器驱动程序：每个仪器模块都有各自的仪器驱动程序，不同的系统框架要求
提供不同文件形式的仪器驱动程序。仪器驱动程序不仅包含C源代码，也包含功能
面板（FP）文件、动态链接库及VB原型文件等多种形式。
8、 软面板：作为一个图形化的仪器用户界面，软面板在第一次进行系统集成时，
可用于仪器通信与功能自检，而在进行仪器操作时，它又可以作为仪器功能与操作
的学习工具。仪器软面板是基于仪器驱动程序的一个独立运行的应用程序。
9、 知识库文件及帮助文件：每个仪器模块必须提供用于系统配置的知识库文件与
相关的帮助文件。
10、安装盘：为了减少系统集成的时间与精力，VPP规范要求每个仪器模块必
    须提供一个标准格式的安装盘，以方便系统集成人员与最终用户。
11、    应用程序开发环境：VPP规范对于应用程序的开发环境提供了一个可选择的范
围，应用程序开发人员可以根据自己的爱好与实际需要，选择一个合适的应用程序
开发环境。
12、    应用程序：根据自动测试任务的需要，在选定的开发环境中开发系统应用程
序。
在系统框架中定义的各元件中，VXI主机箱、VXI零槽/资源管理器、仪器模块及仪
器硬件接口构成了虚拟仪器系统硬件结构，其对于每类系统框架都是通用的（需要
说明的是，由于VPP规范中定义的仪器类型不仅仅指VXI总线仪器，如果在自动测试
系统中不包括VXI总线仪器，则虚拟仪器系统硬件结构中只需要包括特定仪器模块
与仪器硬件接口而无需包括VXI主机箱与零槽控制器。换句话说，VXI主机箱与VXI
零槽/资源管理器在虚拟仪器系统并非是必要的）。而操作系统、I/O接口软件、仪
器驱动程序、软面板、知识库文件、帮助文件、安装盘、应用程序开发环境与应用
程序构成了虚拟仪器系统的软件部分，对它的定义与描述每个系统框架都有各自的
特点。在这些模块中，I/O接口软件、仪器驱动程序与应用程序的应用与开发是最
为关键的，它们自下而上构成了虚拟仪器系统软件结构。其中，I/O接口软件以动
态链接库或静态库形式以供仪器驱动程序调用，仪器驱动程序也以动态链接库或静
态库形式供应用程序调用，并结合功能面板文件形式，可为图形化应用程序实现仪
器操作调用。因此，虚拟仪器系统软件结构的范式基本满足层次式系统范式的范畴
，但与层次式系统范式不同的是，后者在上下层元件之间进行数据与信息的传递，
而本范式传递的封装形式的函数集本身，故将之定义为函数化层次式系统（
Function Layered System）范式，基本结构框图见图2.6。
图2.6 虚拟仪器系统软件结构基本范式

2.3 虚拟仪器系统软件结构模型
虚拟仪器系统软件结构基本范式是针对所有虚拟仪器系统而提出的，事实上，虚拟
仪器系统的规模是有大有小，系统设计人员的任务也是不一样的，如何使不同目的
的系统设计人员都能高速、方便地进行系统与元件的设计，本章在虚拟仪器系统软
件结构基本范式的基础上，提出了虚拟仪器系统软件结构的三个模型。
第一个模型称为微模型（Micro-Model），又称为仪器模块模型，它是针对单个仪
器模块的软件开发而提出来的，在这个微化的系统中，只存在着一个虚拟仪器，因
此系统软件设计也就成为仪器模块软件元件的设计，主要适用于虚拟仪器的开发人
员，图2.7所示即为微模型框图。
图2.7 虚拟仪器系统软件结构微模型框图
将其表示为公式形式，即为：
其中，IO表示为I/O接口软件，DR表示为驱动程序，SF表示为软面板，在这个模型
中，软面板作为一个独立运行的应用程序存在，通过调用驱动程序实现对于仪器的
操作与测试。
第二个模型称为标准模型（Standard-Model），是针对典型的自动测试系统提出的
，在这个系统中包含有多个不同的仪器模块，通过计算机应用程序进行数据的输入
、输出与处理，图2.8所示即为标准模型框图。
将其表示为公式形式，即为：
其中，IO表示为I/O接口软件，DSi表示为相应虚拟仪器驱动程序，AP表示为自动测
试应用程序，可以在文本语言环境下开发（调用多个驱动程序的动态链接库），也
可以在图形化环境下开发（调用多个驱动程序的动态链接库与功能面板文件）。在
这个模型中，仪器软面板不再出现，而代之以包含多个仪器操作的自动测试系统应
用程序。这个模型适用于典型虚拟仪器系统集成人员，是一个单机版本。
图2.8 虚拟仪器系统软件结构标准模型框图
第三种模型称为扩展模型（Extend-Model），又称为网络化虚拟仪器系统模型。在
这种模型中，分别包括了多个自动测试子系统与上层的数据管理与浏览子系统等，
软件结构范式已经不适用于函数化层次式系统范式，应该是基于分布式系统的客户
机-服务器（Client-Server）体系。图2.9所示为扩展模型框图。
将其表示为公式形式，即为：
其中，SMi表示相应的虚拟仪器子系统，定义见标准模型[2.2]。DS表示数据库服务
器，DCi表示为相应的数据操作客户机程序，包括上层数据管理程序、数据浏览程
序与数据查询程序等。整个系统基于客户机/服务器模式，构成了企业内部局域网
。同时将测试与处理数据结果以主页方式发布，可以直接进入到Internet网中去。
这种扩展模型适用于网络化的、企业级的测试平台系统的设计与集成。
图2.9 虚拟仪器系统软件结构扩展模型框图
以上得出的三种虚拟仪器系统软件结构模型，是对基本范式的细化，也适用于不同
的设计人员。对于一个仪器设计人员来说，仪器驱动程序与软面板的设计是其主要
工作，而对于一个系统集成人员来说，往往会选用一些性价比高的仪器模块，他们
关心的重点不一定是具体的仪器内部操作，而更注重如何通过系统软件元件接口，
进行方便、高效的系统集成，一个优秀的应用程序开发环境的选择以及丰富的编程
控件的获取，对于他们来说是更为直接的。而对于组建网络化自动测试系统人员来
说，关心的重点是网络模型的选择与设计，数据的获取与传递，他们需要的是几乎
透明了的数据采集过程与结果，这就必须依赖于良好的软件接口技术。本章提出三
种模型的目的，就是为了使各类设计人员都有据可依，各自的任务明确，工作重点
突出，为不同规模的虚拟仪器系统集成提供理论基础。在以下的几章，是对系统中
所包含的元件的进一步细化，着重介绍了系统中各种元件的结构模型、设计方法与
接口技术，从而使整个虚拟仪器系统软件的设计与集成真正成为一个可操作过程。
--
※ 来源:·饮水思源 bbs.sjtu.edu.cn·[FROM: 210.32.190.9]