採用電腦技術的混合I/O測試系統發展趨勢
上網時間：2001年09月15日
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隨著電腦技術不斷滲透到測試和測量領域中，更多的儀器系統將採用目前流行的匯流排類型，如通用介面匯流排(GPIB)和串列介面匯流排，以及新近出現的乙太網路、USB和IEEE 1394等通訊匯流排，本文將介紹這個領域的發展趨勢。 採用結構化的儀器系統可以很方便地將目前甚至將來的I/O匯流排整合在一起，因此可以達到保護現有軟硬體投資的效果。提供這種通用結構的關鍵在於軟體。利用一些工業標準軟體如虛擬儀器軟體結構(VISA)和可互換虛擬儀器(IVI)可以將不同的I/O匯流排整合到一個系統中，並提供抽象層以升級到新的匯流排，而這一切對用戶來說是透明的。採用這種先進結構不僅可以使先期投資繼續發揮效能，還能在無需了解低層細節的基礎上充分利用最新技術。 利用現有常用匯流排來拓展連接性能 GPIB和RS-232串列匯流排一直是多年來被廣泛採用的通用I/O介面匯流排。儀器廠商在其上千萬的儀器儀表中應用GPIB介面(主要用於儀表控制設備)的歷史已經有幾十年。數據機和印表機中廣泛應用的串列通訊規範RS-232也同樣被廣泛用於各種儀表控制設備。這兩種介面的不同點在於：採用GPIB匯流排的每個控制器最多能夠控制14個儀器，而藉由RS-232介面只能連接和控制一個設備。 新型匯流排的優越性能 最近越來越多的獨立式儀器開始採用乙太網路、USB或IEEE1394作為可選的通訊介面。基於乙太網路的儀器控制設備利用了這種匯流排的獨一無二的優越性，比如可以實現對儀器的遙控，甚至不同用戶可以在不同地點實現對儀器的共享存取。藉由乙太網路實現對儀器的控制已有專用的協議(VXI-11)可供使用。 每種匯流排都有其特點。USB匯流排是一種隨插即用型匯流排，主機可以對連接到這種匯流排上的設備進行自動檢測和自動配置，因此藉由USB介面可以方便地將一些周邊設備如鍵盤和鼠標等連接到PC機上。由於目前USB介面已經成為PC機的標準配置，因此應用人員無需再去購買專用的控制器。另外值得一提的是，由於藉由USB進行儀器控制還沒有現成的協議可以利用，因此需要從儀器製造商處獲得專門的處理設備。 IEEE1394是蘋果公司開發的一種高性能串列匯流排，雖然微軟的視窗98/2000支援該匯流排，但Intel的PC周邊晶片目前仍未配備支援該匯流排的電路，因此在大多數情況下PC機仍要採用IEEE1394控制器。IEEE1394產業協會已經定義了藉由1394控制儀器所需的整套協議。 保護投資的橋 由於在採用新型匯流排方面儀器製造商總要比PC製造商來得慢，因此除了在儀器上直接增加新型匯流排外，橋的應用成為可行的第二種選擇方案。橋本身是一種硬體產品，它提供二種匯流排類型，主要完成匯流排間信號的轉換，因此原有設備利用橋就能方便地提供新型匯流排功能。橋能保護人們在硬體、軟體方面作出的投資，並能節省大量時間，因此成為一種較佳的透明化解決方案。舉例來說，如果希望用‘乙太網路到GPIB匯流排橋’替代GPIB插入式控制器，那麼原來用於GPIB插入式控制器的那些代碼仍可以不作任何修改地加以利用。 建立靈活的軟體結構 A. VISA標準基礎知識 為了實現工業化軟體的相容性，VXI隨插即用系統聯盟開發了專用於I/O軟體的標準VISA。當該聯盟在1993成立之時，業界就存在許多與VXI、GPIB和串列介面有關的非標準實用商業I/O軟體。對於這些匯流排來說，VISA提供了一個公共的基礎平台，用於高層多供應商系統軟體組件的開發、傳送與互通，比如儀器驅動器(driver)、軟面板以及應用軟體等。雖然VXI聯盟定義了這樣的VISA標準，但在實現具體的VISA程式的過程中，不同供應商有不同的實現方法。 由於VISA定義了用於儀器通訊的應用編程介面(API)，因此當需要升級到新的介面匯流排或採用混合I/O系統時，可以良好地保護在軟體上的投資。如NI-VISA標準不僅能相容VXI、GPIB和串列匯流排，還可相容PXI和乙太網路介面。 B. 利用通口模型簡化VISA實現 過去的模型存在一個問題，那就是每個供應商設計的VISA標準都是針對廠商自身的控制器開發的，它們不能用於其它廠商的控制器產品。另外，為了適應新介面的需要，不得不安裝一套完整的VISA庫，有時，來自於不同供應商的VISA庫就不能相容已有介面。 為了解決上述問題，國家儀器公司(NI)採用‘通口(Passport)’插入式模型重新開發了VISA標準，它對每種不同的匯流排定義了不同的通訊埠或通口。核心VISA庫包含各種流行的高層VISA API，NI通口模型負責從核心VISA庫中分離出用於連接匯流排的專用通訊裝置。採用這一模型後，每種不同的匯流排都需要藉由相應的通口才能連接核心VISA引擎，因此在不影響現有介面的情況下能方便地提升新型匯流排的相容性。 另外，利用這一模型能夠實現多供應商和多介面系統。與其它仍依賴於組件對象模型(COM)技術的解決方案相比，多平台ANSI-C技術仍將是這種通口模型的基礎。除了VISA目前所支援的介面類型外，NI公司承諾將在VISA中增加所有將流行於測試和測量設備的其它相容性匯流排介面。 C. IVI的多功能性 IVI組織正在積極為建立在VISA基礎上的儀器驅動器(反映了底層通訊細節的軟體模型)定義合適的標準，以期提供一個功能強大的高性能易用儀器通訊協議。這些根據基本標準建立的儀器驅動器包含高層函數，如配置測量或讀取波形的函數，這些函數內部已包含了底層的VISA讀寫功能。結合VISA的功能特點，IVI提供了一種功能強大的體系結構，在此基礎上能夠較好地實現多供應商多平台的混合I/O測試系統。 D. 軟體架構提高互連的性能 隨著多供應商多介面系統的普遍應用，人們急需一種能夠輕鬆處理這些系統以及能最大化軟體再使用的軟體架構，而基於VISA的軟體架構恰好能滿足這方面的要求，並具有以下優點： 1. 可相容多種連接匯流排，能方便地設計出包含新舊匯流排在一起的系統。另外，插入式模型還能提供升級到未來匯流排的最佳途徑，其中也可能包括藍芽技術。 2. 能夠有效地保護硬體投資，並且利用橋產品順利地將現有硬體合併到原系統中去。採用多介面結構後，無需更換所有儀器或等待它們提供新型匯流排功能就能輕鬆地使用新型匯流排技術。 3. 保護系統中技術含量最高的軟體投資。在應用橋產品升級到新的控制匯流排後，可以在不修改代碼的情況下控制原有設備。對於僅工作於新型匯流排的儀器來說，採用VISA的系統仍能照常工作。 4. 無需再學習過程。雖然採用新型匯流排對儀器進行編程可能需要設計人員學習全新的API技術，但類似的API仍能與VISA通口模型一起工作。 5. 能相容目前最流行的儀器作業平台。VISA API目前能很好地工作於Windows、Linux、Macintosh、Solaris等多種平台。 本文總結 未來的測試系統將由測試硬體加上混合I/O介面組成。在系統的有效壽命期間，保護軟硬體投資的最佳途徑就是採用一個穩定的能夠與多供應商、多介面和多平台系統協同工作的軟體架構。有關VISA的詳細資訊請可由http://ni.com/visa網站取得。 作者：Dany Cheij |
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