楊 蘇,劉亞軍
(重慶大學(xué)軟件學(xué)院,重慶400030)
電子測量儀器業(yè)自上世紀(jì)60年代開始一直追求更快、更可靠、更簡便的儀器總線,采用智能儀器構(gòu)建大型測試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)就是總線技術(shù)。隨著以太網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)PC技術(shù)的成熟,傳統(tǒng)的總線技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代測試行業(yè)的要求。2004年Agilent公司和VXI科技公司結(jié)合GPIB和VXI的優(yōu)點(diǎn),開發(fā)了新一代模塊化儀器總線——LXI。LXI是基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù),由中小型總線模塊組成的新型儀器平臺。LXI儀器是嚴(yán)格基于IEEE802.3、TCP/IP、網(wǎng)絡(luò)總線、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、IVI-COM驅(qū)動程序、時鐘同步協(xié)議(IEEE1588)和標(biāo)準(zhǔn)模塊尺寸的新型儀器。LXI儀器采用IVI-COM驅(qū)動進(jìn)行通信,能夠充分利用軟件已有的資源,使系統(tǒng)具有更高的靈活性。利用LAN技術(shù)組建測控系統(tǒng),可以解決航空航天、軍事國防、信息通信、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)應(yīng)用、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的需要。
LXI標(biāo)準(zhǔn)由LXI國際聯(lián)盟(LXI Consortium)負(fù)責(zé)管理,LXI聯(lián)盟主要是由測試測量公司組成的非營利機(jī)構(gòu),其目的是開發(fā)、支持和推廣LXI標(biāo)準(zhǔn)。自從LXI聯(lián)盟發(fā)布LXI標(biāo)準(zhǔn)1.0以來,不斷有相關(guān)的產(chǎn)品推出,目前對標(biāo)準(zhǔn)1.0版本進(jìn)行了部分修改,已更新至1.3版本。
LXI按照同步和觸發(fā)的精度不同分為三個基本類型:A、B、C類。C類最簡單,是基本類,也是一致性的LAN實(shí)現(xiàn),對觸發(fā)沒有特殊要求。B類包括C類的全部功能,且增加了一種新的觸發(fā)類型,用IEEE1588時間同步協(xié)議(需要 TCP/UDP,Multi Cast的支持)實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能。A類在包括B類和C類的全部功能外,又增加了另一種觸發(fā)方式,通過總線實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。每個等級對應(yīng)的功能如圖1所示。
圖1 LXI不同等級的性能區(qū)別
LXI總線具有以下5大優(yōu)點(diǎn):
(1)開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
LAN是眾多儀器生產(chǎn)廠商支持的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),測試開發(fā)快速、簡單,能保證兼容性和測試壽命。LAN是業(yè)界最穩(wěn)定、生命周期最長的開放式局域網(wǎng)絡(luò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)成本低廉,使得儀器生產(chǎn)廠商很容易將現(xiàn)有的儀器產(chǎn)品移植到LXI儀器平臺上來。
(2)向后兼容性
LXI模塊只占1/2的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜寬度,體積比VXI、PXI等可擴(kuò)展式儀器更小,不需重新配置即可升級現(xiàn)有的測試系統(tǒng),并允許擴(kuò)展為大型卡式虛擬儀器(VXI、PXI)系統(tǒng)。
(3)成本低廉
在滿足軍用和民用客戶要求的同時,保留了現(xiàn)有臺式儀器的核心技術(shù),結(jié)合最新科技,使得LXI模塊的成本明顯低于相應(yīng)的臺式儀器和VXI、PXI儀器。
(4)互操作性
LXI測量功能模塊可以方便快捷的組成合成儀器,可高效、靈活地組合成面向目標(biāo)服務(wù)的各種測試單元,大大降低了測試系統(tǒng)的體積,提高了系統(tǒng)的機(jī)動靈活性。
(5)新技術(shù)及時方便的引入
LXI測量功能模塊具備完備的I/O定義文檔,因而模塊和系統(tǒng)升級時只需核實(shí)新技術(shù)是否涵蓋其替代產(chǎn)品的全部功能即可。
儀器驅(qū)動器是完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序集,是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。1998年美國NI公司最先提出一種新的基于狀態(tài)管理的儀器驅(qū)動器體系結(jié)構(gòu),即可互換儀器驅(qū)動器(Interchangeable Virtual Instrument,IVI)模型和規(guī)范,并開發(fā)了基于虛擬儀器軟件平臺的IVI驅(qū)動程序庫。NI公司設(shè)計(jì)的IVI體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 IVI通用結(jié)構(gòu)
IVI主要研究儀器驅(qū)動的可互換性、測試能力、開發(fā)靈活性。目前,IVI基金會共制定了五類儀器規(guī)范:①示波器/數(shù)字化儀(IVIScope);②數(shù)字萬用表(IVIDmm);③任意波形發(fā)生器/函數(shù)發(fā)生器(IVIFGen);④開關(guān)/多路復(fù)用器/矩陣(IVISwitch);⑤電源(IVIPower)。
與VPP儀器驅(qū)動器相比,新的IVI儀器驅(qū)動器具有以下特點(diǎn):①在不犧牲易用性的基礎(chǔ)上改善了儀器驅(qū)動器的運(yùn)行效率;②提高了采用儀器驅(qū)動器編程的靈活性;③提供多線程安全運(yùn)行和儀器仿真功能;④IVI儀器驅(qū)動器與接口總線無關(guān)。
LXI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種界面的使用方法:①使用標(biāo)準(zhǔn)的W3C網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的交互方法;②使用IVI驅(qū)動程序的編程方法。下面重點(diǎn)介紹如何設(shè)計(jì)基于IVI驅(qū)動的軟面板:
目前國際上應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器軟面板開發(fā)環(huán)境之一:LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench.實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺),是美國NI公司推出的一種基于G語言的具有革命性的、圖形化虛擬儀器開發(fā)環(huán)境,主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域。
LabVIEW采用圖形模式的結(jié)構(gòu)框圖構(gòu)建程序代碼,LabVIEW程序又稱為虛擬儀器(簡稱:Ⅵ)。VI是由圖標(biāo)、連線以及框圖構(gòu)成的應(yīng)用程序,由前面板窗口和程序框圖窗口兩部分組成。前面板窗口是圖形用戶界面,也就是VI的虛擬儀器面板,相當(dāng)于實(shí)際儀器的控制面板,是人機(jī)交互的窗口。主要有用戶輸入和顯示輸出兩類對象,具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形等。程序框圖窗口是VI的核心,提供VI的圖形化源程序,相當(dāng)于實(shí)際儀器箱內(nèi)的東西,主要包括前面板上控件的連線端子,以及一些前面板上沒有的,但編程中必須用到的各種節(jié)點(diǎn)對象及節(jié)點(diǎn)連線等。
IVI規(guī)范定義了兩種儀器驅(qū)動程序,即IVI-C和IVI-COM,IVI-C驅(qū)動程序基于現(xiàn)有的VPP規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的ANSIC編程模型。IVI-COM驅(qū)動程序基于Microsoft標(biāo)準(zhǔn)的COM(組建對象模型)技術(shù)。在LabVIEW中既可以調(diào)用IVI-C驅(qū)動,也能調(diào)用IVI-COM驅(qū)動。
(1)調(diào)用IVI-C驅(qū)動:選擇LabVIEW程序框圖的函數(shù)→編程→儀器I/O→儀器驅(qū)動程序→Agilent 34401;分別對儀器進(jìn)行初始化→配置→操作→讀取→顯示→關(guān)閉等操作;
(2)調(diào)用IVI-COM驅(qū)動:選擇LabVIEW程序框圖的函數(shù)→互連接口→ActiveX;根據(jù)需要分別選擇控件:打開自動化、屬性節(jié)點(diǎn)、調(diào)用節(jié)點(diǎn)、關(guān)閉引用等;右鍵選擇相應(yīng)的類型庫,其最簡單的操作過程如圖3所示(以Agilent 34401為例)。
圖3 調(diào)用IVI-COM儀器驅(qū)動
完成調(diào)用IVI驅(qū)動是開發(fā)整個綜合測試系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,但綜合測試系統(tǒng)也離不了與用戶的溝通,這就要在LabVIEW的前面板上進(jìn)行人機(jī)接口部分的設(shè)計(jì):在前面板上添加相應(yīng)的旋鈕、下拉列表、復(fù)選框、XY圖等控件,以滿足系統(tǒng)要求,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)前面板
自LXI聯(lián)盟推出LXI標(biāo)準(zhǔn)以來,已經(jīng)得到多方的認(rèn)可和支持,近年來又發(fā)展了以LXI模塊單元為核心的LXI合成儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。目前,本系統(tǒng)已經(jīng)成功突破了眾多關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)已見雛形,但仍有需要完善的部分。LXI聯(lián)盟在2007年9月公布LXI全球的市場年銷售額已經(jīng)超過2億美元,而這是LXI推出僅僅兩年時間達(dá)到的數(shù)額,可見LXI必將成為下一代測試產(chǎn)品的發(fā)展方向。
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