可互換虛擬儀器驅動程序的開發(fā)(阮奇楨)

1、可互換虛擬儀器驅動程序的開 發(fā)（阮奇楨）作者:日期:可互換虛擬儀器驅動程序的開發(fā) 阮奇楨摘要：可互換虛擬儀器驅動程序是最新的儀器驅動程序標準， 它的出現(xiàn)大大提高了測試 系統(tǒng)的開發(fā)和運行效率.本文論述了可互換虛擬儀器驅動程序的體系結構、優(yōu)勢、 開發(fā)步驟和應用實例。關鍵詞：虛擬儀器，儀器驅動程序，IVI，LabVIEW, LabWindows/CVIIVI Specific Driver Developme ntQizhe n RuanAbstract:IVI is a revoluti onary sta ndard for in strume nt driver softwaretech no

2、 logy 。 It features in creased performa nee and flexibility for the test system. The excellent IVI architecture is introduced in this paper as well as its impleme ntati on process。KeywordsIVI ， Instrument Driver， LabVIEW， LabWindows/CVI一。 儀器驅動程序的發(fā)展儀器驅動程序是連接儀器硬件與高層應用程序的橋梁。使用儀器驅動程 序可以把高層應用函數(shù)從儀器接口函數(shù)中分離

3、出來，從而簡化了高層應用軟件的開發(fā)難度，提高了應用軟件的可維護性儀器驅動程序的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段：1 0早期儀器驅動程序沒有任何統(tǒng)一的規(guī)范，功能較為簡單、直接。由于不同的儀器驅動程序的實現(xiàn)方法和接口函數(shù)大相徑庭，用戶往往覺得它們難以琢磨，結果使得它們很難被應用和修改。用戶需要的是容易使用，便于修改，并且遵循相同標準的驅動程序。只有這樣，他們才有可能把不同廠商的儀器集成 在同一系統(tǒng)中使用。為了實現(xiàn)這一目標，針對儀器驅動程序制定的標準陸續(xù)出現(xiàn)， 比如下文提到的這幾種比較重要的規(guī)范。2. IEEE 488。2規(guī)范 定義了用于儀器的辨認和自檢等的命令，但是僅 有這幾種命令還遠遠不能解決儀器驅動

4、程序編寫繁復、閱讀困難等缺點。3。 SCPI(Standard Commandfbr Programmable Instruments )規(guī)范 定 義了通用的儀器命令結構，對命令按功能進行了歸類分組目前,絕大多數(shù)新儀器 都是基于字符串命令的儀器，并且采用了SCPI規(guī)范。遺憾的是，雖然他們都使 用了 SCPI的結構，但具體到每個功能，不同廠商仍然使用各不相同的命令字符 串。4。VXI總線即插即用(VXIplug & play )規(guī)范(簡稱VPPB范)由VPP系統(tǒng)聯(lián)盟制定.VPP規(guī)范側重于儀器的“互操作性(in teroperability )”，即 用戶可以方便地把不同廠商的儀器集成到自己系統(tǒng)中

5、.為此，VPPg范詳細定義了儀器驅動程序的內部設計模型與外部接口模型，規(guī)定了虛擬儀器驅動程序的設計要求及與系統(tǒng)中其他程序模塊之間的相互關系但是，VPP規(guī)范仍然沒能解決 工程師建造測試系統(tǒng)時遇到的困擾： 一是軟件的開發(fā)和維護費用過于昂貴，二是難以快速升級已有的系統(tǒng)解決這樣的問題需要儀器驅動程序具有“互換性”.5. IVI (In tercha ngeable Virtual In strume nt)驅動程序規(guī)范 擴展了 VPP儀器驅動程序的標準，并增加了儀器的可互換性、仿真和狀態(tài)緩存等特點。 IVI 驅動程序規(guī)范由 IVI 基金會(Interchangeable Virtual Instrum

6、entFoundation )制定.它是由最終用戶、系統(tǒng)集成商和儀器制造商共同組成的一個 開放聯(lián)盟，幾乎所有的大型儀器生產公司 (諸如：National Instruments ， Agile nt，Tektro nix)都已經(jīng)成為其成員。其職能是為測試儀器制定編程規(guī)范， 從而實現(xiàn)不同型號儀器之間的互換，并且提高系統(tǒng)性能、降低開發(fā)成本.本文為互聯(lián) 網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途IVI系統(tǒng)結構為了實現(xiàn)互換性，IVI基金會將同類儀器的共性提取出，并作了規(guī)范。 目前已經(jīng)發(fā)布的八類儀器規(guī)范是：示波器(IviScope )、數(shù)字萬用表(IviDmm)、 信號發(fā)生器(IviFG

7、en )、直流電源(IviDCPower)、開關矩陣/多路復用器(IviSwitch )、功率表(IviPwrMeter)、頻譜分析儀(IviSpecAn)和射頻信號 發(fā)生器(IviRFSigGen),其他類型儀器的規(guī)范也將被陸續(xù)制定發(fā)布。每一類的儀器都有各自的類驅動程序(IVI Class Driver )。類驅動程序包含了該類儀器通 用的各種屬性和操作函數(shù)運行時，類驅動程序通過調用每臺儀器的專用驅動程 序(IVI Specific Driver )中相應的函數(shù)來控制儀器。圖1: IVI體系結構圖1是IVI體系結構框圖：應用程序可以直接調用專用驅動程序來控制儀器。但是為了實現(xiàn)儀器互 換,應用

8、程序應該首先調用類驅動程序，類驅動程序檢查IVI配置文件以確定應該使用的專用驅動程序。若系統(tǒng)中的儀器被更換，只需適當修改IVI配置文件,而應用程序無需任何改動，因而實現(xiàn)了測試系統(tǒng)的通用性三. IVI驅動程序的特點和優(yōu)勢1. 互換性。IVI驅動程序的互換性至少為我們帶來了以下幾大好處：a）易于使用。所用的IVI驅動程序都使用通用的接口，易于 理解，也就不再要求應用程序的開發(fā)人員必須掌握某一特定儀器的編程方法，從而系統(tǒng)開發(fā)獲得了更大的硬件獨立性.b）降低了系統(tǒng)的維護和升級費用。IVI構架系統(tǒng)可以適用不同的儀器，當儀器 陳舊或者有了升級的、高性能或低造價的儀器時，可以任意更換，而不需要改變 應用程序

9、。c）代碼共享.IVI構架允許部門和設備之間方便地復用及共 享測試代碼，并且不需使用相同型號的儀器硬件2. 模擬功能。每個儀器專用驅動程序都具有專門針對本型號儀器的模擬功能.這些模擬功能使得工程師在缺少真實儀器的情況下，可以使用IVI驅動程序的模擬功能來開發(fā)、調試應用程序還可以使用美國國家儀器公司（National Instruments，簡稱NI）提供的類模擬驅動程序以獲得更強大的模擬功能。3. 狀態(tài)緩存功能VI驅動程序可以保存儀器每一屬性設置的當前狀態(tài)。當應用程序試圖發(fā)送一些冗余命令到儀器時（例如，將儀器的某一屬性重新 設置為當前值，這些命令顯然不會讓儀器產生任何變化或動作）,IVI驅動程

10、序會跳過這些命令。當前的測試系統(tǒng)中，影響軟件執(zhí)行速度的瓶頸通常在于儀器與 計算機接口總線的傳輸速率，IVI驅動程序的此項功能大大減少了儀器與計算機 之間的通訊，從而提升了系統(tǒng)性能。4。源碼開放。高級用戶可以直接修改IVI驅動程序的源代碼，以對其 進行優(yōu)化或添加功能。5。免費得到大量的驅動程序。除了生產廠商自行開發(fā)的IVI驅動程序, NI公司也為各類常用儀器開發(fā)了大量IVI驅動程序，這些程序都可以從NI的網(wǎng) 站上免費下載。 此外，NI還提供了用于開發(fā)驅動程序的工具包，以簡化用戶的 IVI驅動程序的開發(fā)過程。 個人收集整理，勿做商業(yè)用途文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡四。IVI驅動程序的設計和開發(fā)按

11、照提供給用戶的接口形式的不同,IVI驅動程序分為:C語言驅動程序， LabVIEW驅動程序，COM區(qū)動程序。雖然同一儀器可以存在接口形式不同的驅動 程序，但它們的功能完全相同，用戶可以選擇使用自己最擅長的形式。目前最普遍 使用的仍然是C語言驅動程序；LabVIEW驅動程序是在C語言驅動程序生成的DLL 動態(tài)庫的基礎上生成的；而COM區(qū)動程序則需要重新編寫代碼.IVI驅動程序規(guī)范已經(jīng)詳細制定了驅動程序的構架和接口，因此開發(fā)人 員不必另行設計程序結構，這避免了驅動程序結構不合理或用戶使用不便等問 題。但是，開發(fā)人員要特別注意和精心設計儀器的功能、控制命令與IVI規(guī)范不兼容的部分。使用LabWind

12、ows/CVI作為C語言驅動程序的開發(fā)工具具有獨特的優(yōu)越條 件，因為CVI集成了許多驅動程序開發(fā)工具，比如:IVI驅動程序生成向導、屬 性編輯器等。另外還可以選用 NI公司的IDT工具包作為補充。下面以較為常用的Fluke 45數(shù)字萬用表為例，簡單介紹一下開發(fā)IVI儀 器驅動程序的具體步驟：1 熟悉儀器與IVI規(guī)范.在開發(fā)儀器的IVI驅動程序以前，首先要熟 悉儀器的有關命令，然后根據(jù)其功能進行分類。并且將儀器命令與IVI規(guī)范制定 的屬性、函數(shù)對應起來。2 .使用CVI的“儀器驅動程序開發(fā)向導”生成驅動程序的框架。 開發(fā) 向導生成的文件一共有4個，其中，“ fl45。c”和“fl45。h”分別是

13、C語言源 文件和頭文件；“ fl45.fp記錄函數(shù)面板信息；“ fl45。sub”記錄儀器“屬性(attribute ) ”的信息。3 . 刪除儀器不支持的擴展功能組可能會出現(xiàn)儀器不支持某些IVI規(guī) 范定義的功能組的情況，比如說fl45不具備溫度測量功能，這時應該把所有與溫 度測量有關的函數(shù)和屬性移出4 .完善代碼。實現(xiàn)IVI規(guī)范中儀器可以支持的功能組“儀器驅動程序開發(fā)向導”已經(jīng)生成了大部分屬性和函數(shù)的代碼用戶需要做的只是到屬性的回調函數(shù)(Attribute Callback Function)中修改相應的儀器命令。由于每臺儀器的命令體系都有其特殊性，用戶也不能夠完全依賴“開發(fā)向導”生成的程序

14、 結構,函數(shù)和屬性的實現(xiàn)需要參照儀器的具體命令體系來實現(xiàn)。5 .編寫支持儀器特殊功能的代碼。“儀器驅動程序開發(fā)向導不能夠生成支持IVI規(guī)范定義之外的儀器功能.比如Fl45有對測量值進行修正的功能，IVI規(guī)范沒有相應的定義，實現(xiàn)這部分功能需要自己設計和編寫相應的屬性及函 數(shù)。6 . 測試。除了要確保IVI驅動程序函數(shù)功能正確，還要驗證它是否完 全符合IVI規(guī)范。IVI驅動程序的開發(fā)人員也可以請求 NI公司幫助完成程序的 最終測試。7 . 編寫LabVIEW驅動程序。如果已經(jīng)有了 C語言IVI驅動程序，只需 要使用NI公司在其網(wǎng)站上提供的 LabVIEW In terface Gen erator

15、 forLabWi ndows?/CVI? In strume nt Drivers工具即可方便地生成相應的 LabVIEW儀器驅動程序。本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途個人收集整理，勿做商業(yè)用途IVI類驅動程序的開發(fā)。如果用戶希望使用IVI規(guī)范定義的八類儀器之外的儀器，并且還要實現(xiàn)通用性（可互換性），那么則需要客戶自己開發(fā)類驅動 程序。類驅動程序的開發(fā)與儀器驅動程序的開發(fā)過程完全不同，由于用戶很少遇到類驅動程序的開發(fā)，本文不作詳細介紹五。IVI驅動程序的應用實例IVI驅動程序相對于傳統(tǒng)儀器驅動程序而言，比較適合于高端應用和大 型測試系統(tǒng)的搭建。下面是兩個IVI體系的典型應用。1 .2002

16、年波音公司在其新設計的測試系統(tǒng)中應用了IVI技術。由于對測試穩(wěn)定性的要求，波音公司的測試系統(tǒng)一經(jīng)投入使用，往往要求連續(xù)工作幾 十年而且不能做大的改動.在這么長的使用期內，許多最初設計時使用的儀器都 可能停產。一旦儀器損壞，根本無法找到同型號的儀器進行替換，只能使用類似的儀器進行替代如果使用傳統(tǒng)儀器驅動程序，每次更換儀器時，測試軟件也必 須做相應更新.這樣一來不但需要花費大量時間在測試軟件的更新上，更重要的 是對軟件結構的改動很可能會破壞它的一致性。在使用IVI體系結構后，每次替換儀器，只需要在IVI配置文件中指明新 的驅動程序即可，測試軟件不需要作任何改動。這樣既節(jié)約了時間，又不會對測 試結果產生任何影響。2 .NI公司在其2005年推出的校準系統(tǒng)中也使用了 IVI體系結構。該校準系統(tǒng)將提供給世界各地校準實驗室使用，因此，該校準系統(tǒng)必須能供控制型 號千差萬別的各類標準儀器。IVI體系結構保證了該系統(tǒng)在不改變代碼的前提下 適應任何實驗室的儀器設備。參考文獻:1 Dany Cheij , The An atomy of an In tercha ngeable Test System, http:/www 。 ni