基于体系结构和面向构件的虚拟仪器开发方法

　　1　引　　言

　　虚拟仪器[1](virtual instruments,VI)是随着计算机技术、现代测量技术发展起来的新型高科技产品,代表着当今仪器发展的新方向。虚拟仪器的概念是由NI公司首先提出,是对传统仪器概念的重大突破,其概念可具体描述为“利用现有的PC计算机、加上特殊设计的仪器硬件和专用软件,形成既有普通仪器的基本功能,又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器”。

　　然而,随着自动化系统的复杂化、大型化和智能化使得虚拟仪器的设计越来越困难,开发代价越来越高;应用领域的高节奏变化带来了对象的不确定性和不可预测性,也使得虚拟仪器的生存周期变短。寻找更有效的开发方法,使虚拟仪器可复用并具有较好的稳定性、对应用对象的宽适应性和用户的可维护性,已成为工业控制和测试领域的重要研究课题。本文针对目前虚拟仪器设计存在的这些问题,提出了基于体系结构、面向构件技术[223]虚拟仪器的设计方法,将虚拟仪器的软件抽象为由构件、连接件组成的体系结构,用统一的软件体系结构提高虚拟仪器的可复用性,并根据该方法设计了一个应用实例。

　　2　虚拟仪器软件体系结构及构件模型

　　2.1　虚拟仪器软件体系结构

　　软件体系结构(software architecture,SA)是当前软件工程研究领域的热点,是软件生命周期中的重要产物,并且影响到软件开发的各个周期[4]。软件体系结构一般是指:系统的组织结构、他们之间的关联关系以及支配系统设计的原则和方针。一个系统的软件体系结构包括构成系统的计算单元的构件、规范构件间的交互行为的连接件、以及构件和连接件如何在一起的配置组成[5]。

　　根据软件体系结构的定义和虚拟仪器的特点,本文设计出一个虚拟仪器的体系结构,这个体系结构主要为了解决虚拟仪器设计过程中对测试硬件和测试对象的特定性设计的。

　　因此这个体系结构的设计必须遵从以下一些原则:结构必须是开放的,允许以“即插即用”的方式在体系结构内剔除或替换构件。因为测试的对象是千变万化的,一个开放的结构才能够快速地满足测试对象变化的要求。组成软件系统的构件之间在逻辑上应该保持独立。虚拟仪器软件体系结构如图1所示。

　　UI构件主要由数据显示构件库、报表生成构件库和图库3部分组成;数据显示有常规形式、动态流程图、曲线显示;报表生成能根据用户的要求自动生成和打印硬拷贝报表;图库是生成用户界面的图形和图标。用户层的构件设计与测试对象、测试算法和测试流程相对独立。

　　测试过程是根据测试对象的要求建立在基本测试算法上的构件组装和执行的流程,主要包括流程定义和流程组合以及流程中的构件的导入。