动态可重构虚拟仪器技术

　　0 引言

　　随着被测对象复杂度的提高和对测试时间的要求，如何使用户自定义测试系统的功能成为仪器技术面临的最大的挑战。在传统的仪器技术( Instrumentation 1. 0) 环境下，仪器具备的分析功能都是由仪器供应商来定义的。用户为了满足测量系统需求的不断改变，要么为该产品开发专用的测试解决方案，要么使用通用的测试仪器，但专用系统的价格昂贵，而通用仪器很难达到测试要求[1 -3]。

　　为了解决仪器终端用户由于测试环境的变化而不断增长的系统重构需求，仪器技术 2. 0( Instrumentation 2. 0) 提出了以软件为中心的仪器系统解决方案，终端用户自定义软件取代硬件成为整个系统的核心。这种基于软件的解决方案让用户自定义测量任务。终端用户可以在同一个强大的软件平台上，根据特定的需求，集成通用的模块化硬件，根据测试的需求自定义用户界面来构建测试系统[4 -11]。

　　1 动态可重构虚拟仪器总体架构

　　动态可重构虚拟仪器系统的整体架构，主要由现场可编程虚拟仪器内核( FPVI) ，基于 XML 的虚拟仪器内核描述语言规范( XML - Based Virtual Instrument Markup Language，XVIML) ，动态重构管理平台，FPVI 编辑平台，XVIML 语言解析器，FPVI运行平台组成，如图1 所示。

　　基于 XVIML 的系统配置装配脚本文件和 FPVI 内核决定了 FPVI 实现的功能。系统配置文件的装配脚本是可动态改写的，根据 XVIML 对于 FPVI 的内部描述规范，通过 FPVI 编辑平台可更换其内容，FPVI 装配脚本解释器则用基于 XML 的 语言解释器实现。传统虚拟仪器平台的开发采用程序代码作为粘接剂，程序设计时需经过编码、编译、链接等环节，脱离了庞大的虚拟仪器开发平台不可能对程序功能进行修改。文中提出的可重构虚拟仪器则不同，由于装配虚拟仪器的构件内核具有自组织，自运行的特点，构件装配后无须借助解释器就可以独立运行。因此，虚拟仪器装配脚本解析器的工作很简单，只需要从装配脚本中取出装配构件的属性描述进行装配就可以了，可以把虚拟仪器装配脚本解释器设计的很小，并嵌入在容器构件中，从而形成开发环境和运行环境统一的现场可装配虚拟仪器系统。

　　2 动态可重构虚拟仪器总体架构

　　动态可重构虚拟仪器支撑平台主要由一系列执行相关任务的工具集组成，所有工具集通过相互协作来进行系统软件的动态重构管理，总体可以分为 3 个部分: FPVI 编辑工具，FPVI执行工具和 FPVI 动态工具，其软件总体结构如图2 所示。

　　2. 1 FPVI 编辑工具

　　FPVI 编辑工具是用户按照动态可重构虚拟仪器的体系结构模型，可视化地进行应用系统的开发，FPVI 编辑工具主要包括: FPVI 内核、FPVI 体系结构建模模块、XVIML 语言解析器模块、体系结构模型验证模块、芯片构件映射模块、芯片构件绑定模块。