基于虚拟仪器构架的电子测量工作站软件集成技术研究

论文摘要

虚拟仪器技术是测试技术发展划时代的产物,它对电子测量技术的发展与应用起到了极大的推动作用。虚拟仪器提出“软件就是仪器”的新概念,在虚拟仪器系统中,软件是整个测试系统的核心,它将软件系统的核心平台与具体的功能模块相分离,两者之间通过约定的软件接口相互关联,仪器的功能可由用户自己定义和设计,进而改变、增强仪器系统的功能和规模来满足各种特殊要求。虚拟仪器技术的发展使得构建多模块的集成测试设备成为可能,而当前被测对象与被测目标的复杂性使得研究具有多参数测试能力的多功能集成测试设备成为必要。为此,本文主要讨论多模块虚拟仪器软件的集成技术,研究内容主要涉及多模块虚拟仪器软件构架、驱动器技术、同步与联动技术以及多模块界面技术。在对现有方法进行分析的基础上,获得以下主要研究成果:1、将虚拟仪器软件集成从单功能模块工作方式向多功能模块协作方式进行扩展。提出了多个测量功能模块协同工作时的多模块集成顶层框架,将顶层构架与模块之间的管理简化为接口调用关系。基于接口的顶层集成框架,将两个层次用接口进行隔离,可以方便地增减模块,或进行模块的升级换代,满足开放性、可扩展性的要求。基于XML文档技术对软件界面进行配置管理,实现界面动态配置。可以自动完成不同分辨率下界面方案的部署与显示,可以灵活的进行多模块与单模块功能界面转化。2、基于指令队列提出了上层软件与驱动程序之间的指令接口。以指令队列作为上层功能软件与驱动程序之间的设备操作指令缓冲器,指令解析器对指令队列的指令进行解析并交由指令调度器调度。指令接口简化了上层功能软件与驱动程序的接口,隔离了上层软件与下层驱动程序,将多功能模块协同工作时对设备资源的互斥与竞争转化为有序访问,同时增加了仪器模块的可替代性。3、基于数据队列提出了驱动程序层与上层模块软件层之间的数据接口。一次测量工作完成后,数据接口从设备中读取所有功能模块的测量数据存入数据队列,数据分发器从数据队列中取出数据,按照仪器模块将数据分离,再进行数据分发,完成一次测量过程。使用数据队列技术对采样的数据进行缓存、分离与分发,以仪器功能为基础实现了多模块协作时软件模块之间的同步。4、以指令接口与数据接口为基础,提出驱动程序的抽象层——驱动器接口层。驱动器接口层对各个仪器模块的驱动程序进行抽象与封装,以指令接口为上层软件模块与驱动程序之间的设备操作机制,以数据接口为上层软件模块与驱动程序之间的数据通知机制。驱动器接口层将上层软件模块与驱动程序之间的工作机制由查询等待机制改进为排队通知机制。实验表明,使用通知机制后很好地解决了总线及设备资源的竞争问题,提高了驱动器的效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义及应用前景
• 1.3 本文的目标
• 1.3.1 存在的问题及解决方法
• 1.3.2 本文的主要贡献
• 1.4 本文的组织
• 第2章 虚拟仪器软件集成技术综述
• 2.1 虚拟仪器技术
• 2.1.1 虚拟仪器的概念
• 2.1.2 虚拟仪器的特点
• 2.2 虚拟仪器软件体系结构
• 2.2.1 基于仪器的软件体系结构
• 2.2.2 基于信号的软件体系结构
• 2.3 虚拟仪器驱动器技术
• 2.3.1 虚拟仪器驱动器规范
• 2.3.2 驱动器开发
• 2.4 合成仪器软件集成技术
• 第3章 电子测量工作站系统基本框架及软件开发环境
• 3.1 电子测量工作站系统基本框架
• 3.2 软件开发环境
• 3.2.1 软件开发环境的选择
• 3.2.2 LabWindows/CVI 编程思想及程序设计
• 第4章 电子测量工作站软件设计
• 4.1 多模块协作软件集成设计思想
• 4.2 软件总体结构设计
• 4.3 系统总控管理层设计
• 4.3.1 模块调度的设计
• 4.3.2 系统公共接口的设计
• 4.3.3 基于功能接口层实现模块调度与系统公共接口
• 4.4 设备管理层设计
• 4.4.1 基于指令队列的驱动器指令接口设计
• 4.4.2 基于数据队列的数据接口设计
• 4.4.3 设备管理层驱动器接口层
• 4.5 基于XML 文档技术的仪器界面配置
• 4.6 电子测量工作站软件实例
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附一 攻读学位期间发表的论文