虛擬儀器驅(qū)動器綜述

摘要：驅(qū)動器是連接虛擬儀器物理硬件和測試應(yīng)用程序的橋梁和紐帶，回顧了虛擬儀器驅(qū)動器技術(shù)規(guī)范的發(fā)展歷程。在分析規(guī)范的基礎(chǔ)上給出了兩種驅(qū)動器設(shè)計類型，預(yù)測了其今后的發(fā)展趨勢。分析了驅(qū)動器發(fā)展過程中的相關(guān)支撐技術(shù)，論述了我國的研究現(xiàn)狀，指出基于組件技術(shù)的信號型驅(qū)動器設(shè)計是虛擬儀器驅(qū)動器的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器 驅(qū)動器 信號接口 COM 軟件工程 計算機(jī)在測試和自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用，導(dǎo)致了儀器“驅(qū)動器”概念的誕生，驅(qū)動器又稱驅(qū)動程序。儀器驅(qū)動器是介于計算機(jī)與儀器硬件設(shè)備之間的軟件中間層，由函數(shù)庫、實(shí)用程序、工具套件等組成，是一系列軟件代碼模塊的統(tǒng)稱。它駐留在計算機(jī)中，是連接計算機(jī)和儀器的橋梁和紐帶。采用驅(qū)動器可以使計算機(jī)有能力控制物理儀器設(shè)備，隨著VXI、PXI等標(biāo)準(zhǔn)總線的出現(xiàn)，開創(chuàng)了測試系統(tǒng)發(fā)展的嶄新空間——虛擬儀器（Virtual Instruments）。虛擬儀器代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測試系統(tǒng)到以軟件為中心的測試系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變。 1 技術(shù)規(guī)范回顧 計算機(jī)在測試領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)歷了總線型儀器、PC儀器、虛擬儀器等不同的發(fā)展階段。伴隨著這一過程，儀器驅(qū)動器技術(shù)規(guī)范以通用性為基本出發(fā)點(diǎn)，儀器互換性和互操作規(guī)程性以及軟件移植性為根本指導(dǎo)原因，從最初的IEEE-488.2、SCPI（Standard Command for Programming Instrument）發(fā)展到現(xiàn)在的IVI-MSS（Measurement and Stimulus Subsystem）、IVI-Signal Interface,已經(jīng)走過了艱辛而漫長的歷程。它們建立在Windows操作系統(tǒng)驅(qū)動程序設(shè)計模式VxD和WDM（Windows Driver Model）之上，并融入了儀器操作的具體內(nèi)容。 1．1 IEEE 488.2 IEEE-488是1975年由IEEE發(fā)布的一個重要的儀器控制總線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488.1定義了計算機(jī)和儀器之間的硬件接口規(guī)范；IEEE-488.2定義了TPS（Test Program Set）和儀器之間的軟件接口規(guī)范。IEEE-488.2規(guī)定了數(shù)據(jù)代碼和格式，用一組公用命令和協(xié)議定義了測試系統(tǒng)中控制器和儀器之間的通信標(biāo)準(zhǔn)，共有39條，這些命令提供了儀器的內(nèi)部管理功能。IEEE-488.2沒有嚴(yán)格的語義定義，同樣的功能不同廠商要用不同的命令來實(shí)現(xiàn)，而且這一標(biāo)準(zhǔn)儀適合于GPIB類儀器，通用性、互換性很差。 1.2 SCPI IEEE-488.2沒有涉及為了提供測量和激勵所必需的命令。1990年，在IEEE-4888.2標(biāo)準(zhǔn)和IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)之上，制定了SCPI標(biāo)準(zhǔn)。它通過指定一組通用控制命令來實(shí)現(xiàn)對多類儀器的相同控制。在儀器功能嚴(yán)格匹配（如具有相同的精確度、測量范圍等）的前提下，可實(shí)現(xiàn)互換，擴(kuò)展了儀器互換的空間。然而，這種互換性限制了儀器生產(chǎn)廠家對儀器功能的擴(kuò)展，實(shí)用性差，加上SCPI編程的復(fù)雜性，通用性、互換性水平較低。 1.3 VPP 1993年，VPP（VXI Plug %26;amp; Play）系統(tǒng)聯(lián)盟發(fā)布了VPP規(guī)范，該規(guī)范定義了系統(tǒng)的框架、軟件接口、軟件環(huán)境和儀器驅(qū)動器模型。它把與儀器的底層通信封裝成一些高層函數(shù)，執(zhí)行儀器的控制功能。VISA（Virtual Instrument Software Architecture）作為底層I/O庫，是這一時期的主要成果。它不區(qū)分儀器的種類，用一組通用函數(shù)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器功能，通用性得到了很大加強(qiáng)。然而，跟IEEE-488.2類似，VPP驅(qū)動器接口仍沒有嚴(yán)格的語義標(biāo)準(zhǔn)，儀器廠商可以根據(jù)自己的特長進(jìn)行開發(fā)，這使得驅(qū)動器產(chǎn)品的接口不統(tǒng)一，儀器互換性仍沒有最終實(shí)現(xiàn)。 1.4 IVI 為了實(shí)現(xiàn)儀器互換和互操作，1998年成立了IVI（Interchangeable Virtual Instruments）基金會，討論開發(fā)可互換儀器驅(qū)動模型，旨在對硬件互換、運(yùn)行性能、發(fā)展彈性、質(zhì)量保證等驅(qū)動器問題進(jìn)行規(guī)范。 IVI模型是IVI基金會在VPP技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上制定的一種驅(qū)動器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。它通過定義類驅(qū)動器和專用驅(qū)動器（獨(dú)立的軟件層）并增加儀器儀真、狀態(tài)緩存、量程監(jiān)視等機(jī)制實(shí)現(xiàn)了部分通用儀器之間的互換，提高了測試程序的開發(fā)效率。 然而，面向儀器互換的虛擬儀器設(shè)計目標(biāo)，IVI模型仍然存在以下不足： （1）只適合同類儀器的互換，不能實(shí)現(xiàn)不同類儀器或某些具備兩類、多類儀器功能的綜合性儀器之間的互換。 （2）IVI類驅(qū)動器只能統(tǒng)一某類儀器中80%的儀器功能，而其它20%功能只能通過專用驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。 （3）可用標(biāo)準(zhǔn)較少。目前只完成了示波器、萬用表、函數(shù)發(fā)生器、多路開關(guān)等九種儀器的類驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)化。 （4）標(biāo)準(zhǔn)開放程度低。IVI模型只適合于通用儀器，比如萬用表等，而對某些專用儀器（如數(shù)據(jù)采集卡）不適用。 1．5 IVI-MSS 為了改進(jìn)IVI模型存在的不足，IVI基金會開始制定IVI-MSS和IVI-Signal Interface規(guī)范，它們是在IVI模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，分別實(shí)現(xiàn)基于功能和信號的儀器互換操作。其中IVI-MSS于2001年2月發(fā)布，現(xiàn)已經(jīng)是成熟的規(guī)范，而IVI-Signal Interface尚待發(fā)布。 如圖1所示，基于IVI-MSS規(guī)范的虛擬儀器測試軟件共包括五部分。用戶應(yīng)用程序是IVI-MSS Solution的運(yùn)行環(huán)境，它通過調(diào)用IVI-MSS Server提供的編程接口實(shí)現(xiàn)對儀器資源的訪問；IVI-MSS Server是獨(dú)立于測試儀器資源軟件層，它封裝了測試算法，對外提供面向測試功能需求的編程接口，該接口在被用戶應(yīng)用于程序調(diào)用時作為“角色”向用戶提供測試服務(wù)；RCM是連接IVI-MSS Server和儀器Driver的軟件層，在RCM內(nèi)部封裝了儀器訪問細(xì)節(jié)，對外提供RCM接口與IVI-MSS Server交互。RCM通過SCPI命令、VISA函數(shù)和IVI驅(qū)動器等實(shí)現(xiàn)對物理儀器的訪問。 IVI-MSS中IVI-MSS Solution作為一個獨(dú)立的軟件層，為儀器互換提供了解決方案；RCM由開發(fā)人員根據(jù)需求來定義，對于不同的測試需求，即使是同一測試器平臺，RCM也是不同的。在更換儀器后，只要提供與原始儀器功能相同或相當(dāng)?shù)腞CM，就可實(shí)現(xiàn)相同的測試功能，這樣大大拓展了儀器互換的空間。 1．6 IVI-Signal Interface 2000年，IVI基金會的Signal Interface工作組在TYX公司和HP公司的領(lǐng)域下開始制定IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)。它基于COM（Component Object Model）技術(shù)，是一系列COM組件的統(tǒng)稱。 在IVI-MSS模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)把原先的儀器控制命令轉(zhuǎn)化為測試信號的需求，把IVI-MSS Server功能接口進(jìn)一部封裝形成IVI-Signal Interface信號接口。這克服了“面向儀器”的TPS開發(fā)中存在的弊端，實(shí)現(xiàn)了更高層閃的儀器互換。信號接口的標(biāo)準(zhǔn)化增強(qiáng)了不同廠商儀器之間的互操作性，方便了代碼移植。同時，為儀器驅(qū)動器開發(fā)帶了巨大商機(jī)，提高了IVI信號組件的開發(fā)效率和質(zhì)量，有很看好的應(yīng)用前景。 綜上，當(dāng)前占主導(dǎo)地位的驅(qū)動器設(shè)計規(guī)范主要有兩種：VPP規(guī)范和IVI系列規(guī)范。兩種驅(qū)動器開發(fā)規(guī)范的共同點(diǎn)是均建立在IEEE 488.2和SCPI命令以及VISA庫之上，都包括接口和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)兩部分。不同點(diǎn)是前者已發(fā)展成熟，它以儀器本身的特征應(yīng)用于為中心，是功能驅(qū)動的，多由儀器生產(chǎn)商朝代，接口沒有嚴(yán)格的語義標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了儀器的即插即用，沒有實(shí)現(xiàn)儀器互換和軟件移植等功能；而后者建立在VPP之上，正入在發(fā)展完善之中，它面向UUT的測試需求，是需求驅(qū)動的，由測試系統(tǒng)集成人員或第三方軟件開發(fā)人員編寫，接口有嚴(yán)格的語義標(biāo)準(zhǔn)，部分地實(shí)現(xiàn)了儀器互換性和軟件移植性，并最終向著完全實(shí)現(xiàn)而努力。目前VPP規(guī)范已被多數(shù)廠家所采納進(jìn)行自己產(chǎn)品的驅(qū)動器開發(fā)，因此將在未來很長的一段時間內(nèi)占統(tǒng)治地位。但由于它在解決儀器互換性總題上無能為力，隨著IVI系列規(guī)范的進(jìn)一步完善，必將被其替代。 2 驅(qū)動器開發(fā) 根據(jù)以上驅(qū)動器設(shè)計規(guī)范發(fā)展回顧及分析可知，驅(qū)動器開發(fā)也分為兩種類型：基于VPP規(guī)范的即插即用型驅(qū)動器開發(fā)和基于IVI系列規(guī)范的互換型驅(qū)動器開發(fā)。 2．1 即插即用型驅(qū)動器開發(fā) 開發(fā)基于VPP規(guī)范的即插即用型驅(qū)動器的過程分為兩步。第一是儀器驅(qū)動器外部接口的設(shè)計，它表示儀器驅(qū)動器如何與外部軟件接口，通常提供兩種方式的接口：程序式開發(fā)接口和圖形軟面板。軟件開發(fā)者通過程序式開發(fā)接口可以理解每個儀器驅(qū)動器函數(shù)的功能以及在應(yīng)用程序中如何調(diào)用每個函數(shù)、另一種接口方式是圖形化軟面板，通過這一軟面板可以直接操作控制物理儀器。第二是要完成儀器驅(qū)動器的內(nèi)部模塊設(shè)計，實(shí)現(xiàn)儀器的硬件功能。使用程序式開發(fā)接口的用戶了解了這一功能，可以在應(yīng)用程序中直接應(yīng)用這些模塊，而不必通過軟面板操作。 要完成第一項(xiàng)工作應(yīng)選用界面編輯功能較強(qiáng)的編程環(huán)境，減少儀器軟面板的開發(fā)時間；第二項(xiàng)工作通過調(diào)用VISA I/O庫中的函數(shù)來完成，編程語言按照VPP規(guī)程可以選用ANSI C、BASIC或者Ada等。選用合適的圖形軟件工具可以把這兩部分工作集成到一個環(huán)境下完成，省去兩部分的連接工作，例如NI公司的可視化軟件平臺LabWindows/CVI。CVI開發(fā)環(huán)境中兩部分組成：用戶界面設(shè)計器和源代碼編程器。 2.互換型驅(qū)動器開發(fā) 與即插即用型驅(qū)動器類似，基于IVI系列規(guī)范的互換型驅(qū)動器開發(fā)也包括兩部分。第一是分析測試系統(tǒng)的功能需求，以功能或信號的形式分類定義驅(qū)動器組件的接口。這些接口是對UUT測試需求的描述，有嚴(yán)格的主義標(biāo)準(zhǔn)，將不隨儀器種類和軟件類型而改變，是標(biāo)準(zhǔn)的，通用的。第二是驅(qū)動器組件接口的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，它被封裝在組件內(nèi)部，可以根據(jù)具體的開發(fā)工具和編程人員特長來開發(fā)，是非標(biāo)準(zhǔn)的、特殊的。 對于基于IVI系列規(guī)范的驅(qū)動器開發(fā)，目前還沒有專業(yè)的、IVI基金會指定的開發(fā)工具。但由于其采用COM技術(shù)，因此可以使用任何支持組件開發(fā)的編程平臺進(jìn)行開發(fā)。設(shè)計人員在理解技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上可以利用現(xiàn)有的圖形化編程工具（比如VC++、VB等）進(jìn)行設(shè)計。 需要說明的是，IVI是介于VPP和IVI-MSS之間的一個過渡性規(guī)范，它既有IVI-C的C語言形式，也有基于COM的IVI-COM組件形式，并且接口的嚴(yán)格語義標(biāo)準(zhǔn)目前只發(fā)布了八類儀器的技術(shù)規(guī)范，因此可以根據(jù)具體情況選用相應(yīng)工具進(jìn)行開發(fā)。 3 發(fā)展趨勢 （1）信號型驅(qū)動器 由前面對IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)的介紹可知，信號型驅(qū)動面向UUT的測試需求，是需求驅(qū)動的，符合當(dāng)前微型計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，而且實(shí)現(xiàn)了更高層次的儀器互換和互操作，通用性好。隨著面向信號的商業(yè)化虛擬儀器和互操作，通用性好。隨著面向信號的商業(yè)化虛擬儀器軟件開發(fā)平臺的不斷涌現(xiàn)，如PAWS、ATLAS 2K等，迫切需要給出標(biāo)準(zhǔn)化的軟件開發(fā)平臺與底層硬件模塊之間的接口，而信號型驅(qū)動器恰好實(shí)現(xiàn)了面向信號的TPS開發(fā)平臺與底層硬件模塊的完美對接?；谝陨戏治?，信號驅(qū)動器將是虛擬儀器驅(qū)動器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的必然結(jié)果。 （2）網(wǎng)絡(luò)化驅(qū)動器 網(wǎng)絡(luò)的普及給各個行業(yè)都帶來了巨大沖擊，測試領(lǐng)域也不例外，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器和儀器網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)已成為當(dāng)前測試技術(shù)的一個研究熱點(diǎn)。而要想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制儀器就必須提供儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化驅(qū)動器或在現(xiàn)有儀器驅(qū)動器的基礎(chǔ)上添加網(wǎng)絡(luò)化功能?；诖?，VXI聯(lián)盟（VXI Consortium）提出了VXI-11規(guī)范，這個規(guī)范主要是對IEEE-488總線的擴(kuò)展，也就是通過TCP/IP發(fā)送IEEE-488總線命令。該擴(kuò)展的目的在于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的客房端通過網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場儀器通信并完成測試任務(wù)，并且對用戶來講好像在本地使用儀器一樣。隨著虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化驅(qū)動器將取得更大的發(fā)展空間。 （3）VISA兼容更多的接口類型 計算機(jī)接口技術(shù)不斷發(fā)展，涌現(xiàn)了許多商業(yè)化PC總線，如USB、Ethernet等，這也是影響虛擬儀器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于這些總線最初是為網(wǎng)絡(luò)PC和連接PC外設(shè)而設(shè)計的，要更方便地控制儀器，這些總線需要軟件構(gòu)架來簡化通信并與其他一起控制標(biāo)準(zhǔn)兼容。因此，需要對虛擬儀器驅(qū)動器標(biāo)準(zhǔn)框架VISA進(jìn)行擴(kuò)展。 （4）與商業(yè)TPS開發(fā)平臺“即插即用” 驅(qū)動器是連接計算機(jī)和物理儀器的中間環(huán)節(jié)，是虛擬儀器開發(fā)的重要資源，當(dāng)前的TPS開發(fā)平臺向著集成、高效、商家壟斷方向發(fā)展，如HP公司的VEE、NI公司的LabVIEW、LabWindows/CVI等。為了擴(kuò)展自己的市場空間和便于用戶開發(fā)使用，虛擬儀器硬件設(shè)計廠商或第三方軟件開發(fā)單位應(yīng)該提供與這些商業(yè)開發(fā)平臺“即插即用”的驅(qū)動器。同時，為了加強(qiáng)合作和簡化集成，商業(yè)TPS開發(fā)商也應(yīng)該給出與自己平臺兼容的驅(qū)動器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)并提供相關(guān)技術(shù)支持。 （5）源代碼級開放式結(jié)構(gòu) 當(dāng)前，從源代碼開放的角度來講，虛擬儀器設(shè)計領(lǐng)域存在三種驅(qū)動器類型：封閉黑盒型，封裝型和開放源代碼型。其中封閉黑盒型不提供對源代碼的訪問，不具備擴(kuò)展和編寫儀器新功能的能力；封裝型驅(qū)動可作為驅(qū)動器二次開發(fā)的原始接口或封裝器；而開放源代碼型驅(qū)動原生于相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境，提供對源代碼的完全訪問權(quán)限，經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)后能易于使用并具有集成的靈活性，能讓開發(fā)人員定制自己的功能需求，把開發(fā)觸解伸向了儀器設(shè)備的心臟地帶。 虛擬儀器的一個重要特點(diǎn)是硬件的功能由軟件來定制，而從某種層面上講，驅(qū)動器是儀器功能的描述和表達(dá)。當(dāng)前多種儀器硬件模塊開發(fā)廠商在發(fā)布自己的產(chǎn)品時，都把驅(qū)動器作為“黑盒子”來發(fā)布，這不利于客戶定制自己需要的功能和進(jìn)行二次開發(fā)。另一方面，由于軟件開發(fā)換代相當(dāng)迅速，這也給驅(qū)動器開發(fā)提供了新的要求?，F(xiàn)在多數(shù)儀器驅(qū)動在向.NET平臺移植時都存在各種各樣的困難，而驅(qū)動器源代碼級開放是解決這些總是的前提，不僅如此，開放源代碼型驅(qū)動還能簡化與儀器硬件的連接，使開發(fā)人員不僅是驅(qū)動器的使用者而且是擁有者，因此，儀器驅(qū)動器采用開放源代碼式結(jié)構(gòu)將是一個重要的發(fā)展方向。 （6）可視化配置操作 可視化與完備的人機(jī)交互能力是現(xiàn)場代軟件開發(fā)的基本要求，作為虛擬儀器核心的驅(qū)動器在這方面應(yīng)能滿足客房的更高的需求。把軟件開發(fā)人員從繁重的代碼編寫任務(wù)中解脫出來，而把主要精力放在測試功能的實(shí)現(xiàn)上是驅(qū)動器設(shè)計迫切需要解決的問題。將儀器連接配置、編寫測試代碼、測試任務(wù)的組合設(shè)定等繁瑣工作轉(zhuǎn)變成好人機(jī)界面下的鼠標(biāo)操作，必將簡化虛擬儀器系統(tǒng)的集成開發(fā)。為此，在驅(qū)動器設(shè)計領(lǐng)域出現(xiàn)了虛擬資源、虛擬通道等概念。它們把物理資源和通道的信息（比如量程、端口配置等）進(jìn)行封裝，通過友好的界面與開發(fā)人員進(jìn)行信息互交，實(shí)現(xiàn)了儀器控制的可視化配置操作。 （7）拓展應(yīng)用空間 儀器驅(qū)動器是計算機(jī)控制物理儀器設(shè)備的中間環(huán)節(jié)，隨著虛擬儀器的不斷發(fā)展，這一思想也拓展了嶄新的發(fā)展空間。驅(qū)動器越來越多地以“服務(wù)”的形式為測試程序提供功能調(diào)用。如IEEE 1451.4標(biāo)準(zhǔn)給模擬傳感器定義了電子數(shù)據(jù)表格并內(nèi)嵌于其中，測試系統(tǒng)或TPS開發(fā)平臺可以通過模擬傳感受器提供的數(shù)字接口讀取電子數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行配置，這在一定意義上也是驅(qū)動器應(yīng)用的新領(lǐng)域。使用基于IEEE 1451.4設(shè)計的智能傳感器可以簡化傳感器的連接過程，實(shí)現(xiàn)傳感器的“即插即用”和自動配置。ISP（Programmable in-system）技術(shù)在電子設(shè)計自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，基于此，NI公司提出的RIO（Reconfiguration I/O）技術(shù)完成了物理儀器的在線可編程控制，實(shí)現(xiàn)了用戶自定義硬件，是儀器驅(qū)動器概念的升華。 4 關(guān)鍵技術(shù) （1）COM技術(shù) COM技術(shù)的核心是組件，組件是可以明確辨識和管理、可以提供某項(xiàng)服務(wù)的自包含的軟件模塊。它封裝了一定的數(shù)據(jù)（屬性）和方法（函數(shù)），并提供特定接口。開發(fā)人員通過訪問這些特定接口來使用組件，與其它程序模塊通信、交互，實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。組件是實(shí)現(xiàn)儀器驅(qū)動器語言、平臺無關(guān)和網(wǎng)絡(luò)位置透明的關(guān)鍵技術(shù)。 基于組件技術(shù)的驅(qū)動器模塊通過標(biāo)準(zhǔn)接口與其它軟件模塊通信，各個組件就像掛在“中總線”上一樣通過公共通道傳遞信息。基于此，編程人員可以象“搭積木”似的開發(fā)自己的測試程序。更換儀器后，只要驅(qū)動器接口不變就不用更改測試程序。使用驅(qū)動器組件得儀器模擬的互換性、測試軟件的開放性和可重用性得到了根本保證，同時實(shí)現(xiàn)了軟件開發(fā)和應(yīng)用的不斷“迭代和增量”過程。 （2）多線程技術(shù) 同步、觸發(fā)、時序操作是儀器控制的客觀要求，而多線程技術(shù)是滿足這一要求的關(guān)鍵技術(shù)。Windows操作系統(tǒng)是一個多任務(wù)、多線程操作系統(tǒng)，實(shí)行的是搶先式、多任務(wù)工作模式。在Windows環(huán)境中，每一個測試項(xiàng)目可以由一個線程來代表，這意味著一個測試程序可以同時完成多個測試任務(wù)。在多線程招待中系統(tǒng)會根據(jù)線程的優(yōu)先級和同步要求分配時間單元用于執(zhí)行多個線程，這樣實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)分時占用CPU，可在一個段時間內(nèi)并行完成多個測試任務(wù)。多任務(wù)、多線程之間通過同步、通信（如共享內(nèi)存映射文件、訪問共享數(shù)據(jù)以及使用同一消息隊(duì)列等）以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測試、控制邏輯。 （3）引擎技術(shù) 測試程序的儀器操作過程是TPS利用驅(qū)動器控制硬件儀器的過程。為了優(yōu)化這一控制過程，需要引擎技術(shù)，把軟件代碼的控制需求轉(zhuǎn)變成實(shí)際的物理儀器操作。測試中用到的最多的同步、觸發(fā)功能，若有多個同步步驟需要連接、高速觸發(fā)，在這樣的情況下，僅需要測試碼去控制是很難滿足需求的。為此，可以設(shè)計基于引擎技術(shù)的同步觸發(fā)引擎，把測試需求編程一定的序列輸入到相應(yīng)的同步觸發(fā)引擎中。依據(jù)測試程序的執(zhí)行自行觸發(fā)這一序列，將大大提高測試效率，滿足更高的測試速率要求，使測試程序具有自主觸發(fā)和時鐘路由能力。另外，隨著便攜式、模塊化、嵌入式實(shí)時環(huán)境對虛擬儀器的要求越來越迫切，還需要開發(fā)驅(qū)動器在這些不同環(huán)境下的運(yùn)行時引擎，以滿足各種需求。綜上，引擎技術(shù)在測試領(lǐng)域中有很大的發(fā)展空間，應(yīng)倍加重視。 （4）軟件工程技術(shù) 儀器驅(qū)動器是對物理儀器的功能描述，軟件工程技術(shù)將能保證驅(qū)動器設(shè)計的功能完備性。1997年由OMG（Object Management Group）發(fā)布的統(tǒng)一建模語言（UML，unified modeling language）和統(tǒng)一軟件開發(fā)過程是軟件工程領(lǐng)域中的重要成果，標(biāo)示著面向?qū)ο蠹夹g(shù)走向第二代。UML支持從系統(tǒng)需求分析到詳細(xì)設(shè)計再到系統(tǒng)的驗(yàn)證測試的全部過程，當(dāng)出現(xiàn)問題時提供跟蹤機(jī)制。使用UML會幫助設(shè)計人員在建造驅(qū)動器框架中理解模型，把握儀器的全貌和功能、部件之間的聯(lián)系，防止過早地陷入各個模塊細(xì)節(jié)中去，有利于提高驅(qū)動器軟件的質(zhì)量，縮短研制周期，降低開發(fā)費(fèi)用。統(tǒng)一軟件開發(fā)過程是用戶驅(qū)動、以架構(gòu)為中心、不斷迭代和增量過程?；谶@一過程，可以設(shè)計出功能完備、接口標(biāo)準(zhǔn)、易于升級換代的驅(qū)動器。 5 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國在虛擬儀器驅(qū)動器研究方面取得了一定的進(jìn)展：成都電子科技大學(xué)開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的VISA庫；哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程系開發(fā)的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺—ATS95可以實(shí)現(xiàn)對VXI、GPIB等總線接口的控制；成都市1所在引起PAWS平臺的同時也對面向信號的驅(qū)動器設(shè)計和平臺開發(fā)做了一定研究等等。但由于我國介入虛擬儀器研究比較晚，在硬件模擬方面沒有自己上規(guī)模、成系列的產(chǎn)品，導(dǎo)致了測試軟件沒有全面發(fā)展，很多關(guān)鍵技術(shù)仍處于起步階段，在驅(qū)動器設(shè)計方面沒有自己知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)規(guī)范和相關(guān)產(chǎn)品，仍需要很長的路要走。鑒于此，我們應(yīng)該在以下方面進(jìn)行努力：（1）開發(fā)自己的總線控制器，占領(lǐng)域虛擬儀器技術(shù)的心臟地帶；（2）設(shè)計各種儀器模塊產(chǎn)品并形成系列化，降低虛擬儀器系統(tǒng)的集成成本；（3）設(shè)計完備成熟的VISA庫，把握自己的知識產(chǎn)權(quán)；（4）開展面向信號的驅(qū)動器技術(shù)研究，與國際接軌，深入研究虛擬儀器核心技術(shù)。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）