IsVIP:一种即时可重构虚拟仪器平台

　　1　引　　言

　　虚拟仪器就是利用模块化硬件,结合高度灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化应用,仪器的用户界面和功能完全由软件控制[1]。

　　在通常的虚拟仪器系统中,DAQ(数据采集设备)对传感器输出的模拟电信号采样,通过PCI、PCIOExpress和USB等外设总线接口与 PC相连; PC中运行的软件通过驱动程序与DAQ通信,控制工作参数,获取采样数据[2]。为了减轻开发者的负担,工业界采取了一些措施来标准化驱动程序,例如NI 公司的DAQmx。这些标准化的驱动程序统一了面向应用软件的API接口,但是由于具体硬件的差异,与硬件设备通信的接口仍然千差万别,需要分别提供;开发者和最终用户需要维护这些驱动程序。

　　图形化的虚拟仪器软件开发系统直观简便,获得了广泛应用。目前主流的虚拟仪器开发系统主要是NI公司的LabVIEW,集编程、调试和运行于一体,是一套完整的开发及运行环境。此外,Agilent公司的VEE也比较常用。国内对虚拟仪器技术也进行了广泛深入的研究,比较有影响的有华中科技大学的何岭松教授研发的“可重构虚拟仪器系统—DRVI”,是一种采用软件总线结构的装配式可重构虚拟仪器系统,主要技术观点包括采用COM技术实现支持虚拟仪器软件芯片热插拔的软件总线模型、动态虚拟仪器脚本解释器模型、自解释型虚拟仪器软件芯片模型以及基于XML的虚拟仪器装配语言[3]。此外还有重庆大学秦树人教授研究的“智能化控件化虚拟仪器”,这是一套全新的方法和规范,或者说模型,无需编程,通过拼搭场完成虚拟仪器的搭建工作[4]。

　　随着微系统技术的进步,传感器逐步向集成化方向发展,出现了能够独立运行的自主智能传感器[5O6]。这种传感器不受PC控制,作为传感器网络的一个节点,与PC之间是对等关系(peer to peer, P2P )。自主智能传感器通过网络通信协议,而不是驱动程序,与外界交换数据。

　　在目前的虚拟仪器系统中,DAQ作为外设受到PC的完全控制,整个软硬件系统拥有统一的生命周期,处于运行状态时不能调整运行逻辑。自主智能传感器具有独立的生命周期,与PC以及软件系统地位平等(角色可以不同),当以自主智能传感器作为信号源时,可以采用更灵活的开发工具搭建仪器系统,为此, 本文开发了一套即时可重构虚拟仪器软件平台IsVIP( inOsitu virtual instru2mentation platform),集应用开发及运行于一体,在此系统中开发的虚拟仪器系统能够在运行时调整运行逻辑和人机界面,并立即见效,具有更大的灵活性。

　　2　IsVIP即时可重构虚拟仪器平台

　　IsVIP采用开放的组件化体系结构以及数据流驱动的工作方式,能够在运行时即时调整人机界面和运行逻辑,并支持高吞吐率的流水线执行模式。