一種開(kāi)發(fā)虛擬儀器的方法以及虛擬儀器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及虛擬儀器開(kāi)發(fā)技術(shù)，特別是涉及一種開(kāi)發(fā)虛擬儀器的方法以及虛擬儀器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著被測(cè)對(duì)象復(fù)雜度的提高和對(duì)測(cè)試時(shí)間的要求，用戶(hù)自定義測(cè)試系統(tǒng)的功能成為測(cè)量?jī)x器技術(shù)面臨的最大的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的儀器技術(shù)環(huán)境下，儀器具備的分析功能都是由儀器供應(yīng)商來(lái)定義的。用戶(hù)為了滿(mǎn)足測(cè)量系統(tǒng)需求的不斷改變，要么為該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的測(cè)試解決方案，要么使用通用的測(cè)試儀器。
[0003]為了解決儀器終端用戶(hù)由于測(cè)試環(huán)境的變化而不斷增長(zhǎng)的系統(tǒng)重構(gòu)需求，虛擬儀器技術(shù)提出了以軟件為中心的儀器系統(tǒng)解決方案，軟件取代硬件成為整個(gè)系統(tǒng)的核心。目前開(kāi)發(fā)虛擬儀器的主要技術(shù)有兩種，一種是以美國(guó)國(guó)家儀器的LabVIEW為代表的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要的特點(diǎn)是使用圖形化編輯語(yǔ)言代替基于文本的語(yǔ)言編寫(xiě)程序，以框圖的形式產(chǎn)生構(gòu)成虛擬儀器的程序。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了函數(shù)的執(zhí)行順序。一種是以Measurement Stud1為代表，提供的一個(gè)虛擬儀器集成式套件，包括各種常用的測(cè)量和自動(dòng)化控件、工具和類(lèi)庫(kù)，用戶(hù)采用C++等文本語(yǔ)言可以自定義開(kāi)發(fā)功能構(gòu)件添加到開(kāi)發(fā)環(huán)境中。這種方式充分發(fā)揮文本語(yǔ)言、集成套件和自定義構(gòu)件的特點(diǎn)，可以快速開(kāi)發(fā)集虛擬儀器測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)為一體的復(fù)雜測(cè)量系統(tǒng)。
[0004]目前的虛擬儀器技術(shù)LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)技術(shù)和Measurement Stud1為代表的文本語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具，虛擬測(cè)量?jī)x器的開(kāi)發(fā)階段，設(shè)計(jì)師都是采用程序代碼作為粘接劑，程序設(shè)計(jì)時(shí)需經(jīng)過(guò)編碼、編譯、鏈接等環(huán)節(jié)。虛擬測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用階段，使用者脫離了龐大的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)不可能對(duì)程序功能進(jìn)行修改。
[0005]目前虛擬測(cè)量?jī)x器技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是終端的使用用戶(hù)可以自定義虛擬測(cè)量?jī)x器的功能和界面。而目前的虛擬儀器開(kāi)發(fā)技術(shù)主要是面向測(cè)量?jī)x器開(kāi)發(fā)工程師的開(kāi)發(fā)工具，而不是面向測(cè)量?jī)x器終端使用者的工具，測(cè)量?jī)x器終端使用者不能對(duì)所使用的虛擬儀器應(yīng)用程序的功能和界面進(jìn)行調(diào)整。目前的虛擬儀器開(kāi)發(fā)技術(shù)不支持終端用戶(hù)自定義測(cè)量系統(tǒng)的功能和界面。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種開(kāi)發(fā)虛擬儀器的方法以及虛擬儀器，可支持終端用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)裝配，對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)修改和功能升級(jí)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決:
[0008]—種開(kāi)發(fā)虛擬儀器的方法，包括以下步驟:1)將各個(gè)測(cè)量資源對(duì)應(yīng)的算法封裝成各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件；2)將所有標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件封裝在一起組成虛擬儀器的構(gòu)件庫(kù)；3)構(gòu)造連接件庫(kù)，所述連接件庫(kù)包括多個(gè)連接件，所述連接件用于連接兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件；4)根據(jù)用戶(hù)的測(cè)量應(yīng)用需求，對(duì)構(gòu)件庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和連接件庫(kù)中的連接件進(jìn)行裝配配置，包括建立連接的步驟、刪除標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的步驟、增加標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的步驟、增加連接件的步驟、刪除連接件的步驟。
[0009]—種根據(jù)如上所述的方法開(kāi)發(fā)的虛擬儀器，包括構(gòu)件庫(kù)、連接件庫(kù)和裝配配置模塊，所述構(gòu)件庫(kù)包括封裝在一起的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，所述標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件由測(cè)量資源對(duì)應(yīng)的算法封裝而成；所述連接件庫(kù)包括多個(gè)連接件，所述連接件用于連接兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件；所述裝配配置模塊用于根據(jù)用戶(hù)的測(cè)量應(yīng)用需求，將所述構(gòu)件庫(kù)和連接件裝配配置成虛擬儀器，裝配配置包括建立連接、刪除標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、增加標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、增加連接件、刪除連接件。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是:
[0011]本發(fā)明的開(kāi)發(fā)虛擬儀器的方法，將單個(gè)的測(cè)量資源封裝為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，構(gòu)件裝配后可以自組織，自運(yùn)行。將所有測(cè)量資源封裝在一起組成現(xiàn)場(chǎng)可裝配虛擬儀器構(gòu)件庫(kù)。同時(shí)，構(gòu)造連接件庫(kù)，連接件用于連接兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。在測(cè)量應(yīng)用功能的動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程中，用戶(hù)根據(jù)測(cè)量應(yīng)用的需要，對(duì)構(gòu)件庫(kù)和連接件進(jìn)行動(dòng)態(tài)裝配配置，組裝成自己所需功能的虛擬儀器。由于通過(guò)構(gòu)件與連接件的連接，構(gòu)件、連接件的刪除、增加等組裝成虛擬儀器，因此可支持用戶(hù)根據(jù)需求進(jìn)行組裝，支持終端用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)裝配，對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)修改和功能升級(jí)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0012]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的開(kāi)發(fā)虛擬儀器的流程圖；
[0013]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的待裝配的虛擬儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的裝配后滿(mǎn)足某一應(yīng)用需求的虛擬儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的構(gòu)件A和構(gòu)件B之間通過(guò)連接件實(shí)現(xiàn)連接后的狀態(tài)不意圖；
[0018]圖7是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的構(gòu)件連接的流程示意圖；
[0019]圖8是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的構(gòu)件A寫(xiě)入數(shù)據(jù)的流程示意圖；
[0020]圖9是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的構(gòu)件B讀取數(shù)據(jù)的流程示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0021]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖1所示，為本【具體實(shí)施方式】中開(kāi)發(fā)虛擬儀器的過(guò)程示意圖，包括以下步驟:
[0023]1)，將各個(gè)測(cè)量資源對(duì)應(yīng)的算法封裝成各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。
[0024]要開(kāi)發(fā)的虛擬儀器涉及的測(cè)量資源包括多種硬件驅(qū)動(dòng)程序、儀器表盤(pán)設(shè)計(jì)內(nèi)容、信號(hào)處理算法等功能構(gòu)件，將這些單個(gè)功能構(gòu)件封裝為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。虛擬儀器是由數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件作為核心，即用于接收數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理后，發(fā)送數(shù)據(jù)到另外功能的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。構(gòu)件裝配后可以自組織，自運(yùn)行。
[0025]本【具體實(shí)施方式】中，構(gòu)件的結(jié)構(gòu)如圖4所示
[0026]由于測(cè)量資源具備的多樣性和擴(kuò)展性，為確保后續(xù)開(kāi)發(fā)的虛擬儀器功能的全面多樣性，可將涉及到的盡可能多的功能構(gòu)件進(jìn)行封裝成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，以滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求以及拓展需求。
[0027]2)將所有標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件封裝在一起組成虛擬儀器的構(gòu)件庫(kù)。
[0028]3)構(gòu)造連接件庫(kù)，所述連接件庫(kù)包括多個(gè)連接件，所述連接件用于連接兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。
[0029]4)根據(jù)用戶(hù)的測(cè)量應(yīng)用需求，對(duì)構(gòu)件庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和連接件庫(kù)中的連接件進(jìn)行裝配配置，包括建立連接的步驟、刪除標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的步驟、增加標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的步驟、增加連接件的步驟、刪除連接件的步驟。
[0030]本【具體實(shí)施方式】中，現(xiàn)場(chǎng)可裝配的虛擬儀器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括三個(gè)部分:虛擬儀器構(gòu)件庫(kù)模塊100，虛擬儀器連接件模塊300和裝配管理模塊500。開(kāi)發(fā)出的現(xiàn)場(chǎng)可裝配的虛擬儀器通過(guò)USB、GPIB、VXI總線(xiàn)等與外部的測(cè)量硬件連接構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)。其中，裝配管理模塊500接收用戶(hù)的需求指示后，根據(jù)用戶(hù)的需求指示，將多個(gè)構(gòu)件通過(guò)連接件進(jìn)行連接，形成滿(mǎn)足某一應(yīng)用需求的虛擬儀器。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，圖中的線(xiàn)條是構(gòu)件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的連接件。
[0031]裝配管理模塊500主要用于實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的現(xiàn)場(chǎng)裝配。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配配置時(shí)，裝配管理模塊500主要的功能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可編程的虛擬儀器的構(gòu)件庫(kù)中的構(gòu)件、連接件庫(kù)中的連接件進(jìn)行操作，主要包括:控制建立連接、刪除構(gòu)件、增加構(gòu)件、增加連接件、刪除連接件等現(xiàn)場(chǎng)裝配操作。
[0032]本【具體實(shí)施方式】中，構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，包括多個(gè)子單元，各子單元包括三個(gè)部分:數(shù)據(jù)輸入端口，數(shù)據(jù)發(fā)送端口和數(shù)據(jù)處理模塊。連接件作為構(gòu)件之間的數(shù)據(jù)傳輸媒介，主要為構(gòu)件提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。連接件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，包括兩個(gè)部分:隊(duì)列管理器和隊(duì)列。隊(duì)列管理器用于管理隊(duì)列的類(lèi)型和編號(hào)，指示隊(duì)列的可讀、可寫(xiě)位置。隊(duì)列則用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以供讀寫(xiě)。
[0033]進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置時(shí)，最主要的操作是建立構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接，使得一個(gè)構(gòu)件中的數(shù)據(jù)通過(guò)連接件流向另一個(gè)構(gòu)件。如圖6所示，為構(gòu)件A和構(gòu)件B之間通過(guò)連接件實(shí)現(xiàn)連接后的狀態(tài)示意圖。
[0034]構(gòu)件通過(guò)連接件連接后，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，還涉及如下三個(gè)過(guò)程:構(gòu)件連接流程，構(gòu)件A的數(shù)據(jù)寫(xiě)入流程，構(gòu)件B的數(shù)據(jù)讀取流程。
[0035]如圖7所示，為構(gòu)件連接流程示意圖，包括以下步驟:
[0036]L1)根據(jù)用戶(hù)的測(cè)量應(yīng)用需求選取需連接的構(gòu)件A，以及一個(gè)連接件；
[0037]L2)選取一構(gòu)件，定義為構(gòu)件B ；
[0038]L3)連接件的隊(duì)列管理器讀取構(gòu)件A的輸出端口和構(gòu)件B的輸入端口的類(lèi)型；
[0039]L4)連接件的隊(duì)列管理器判斷構(gòu)件A的數(shù)據(jù)輸出端口的類(lèi)型和構(gòu)件B的數(shù)據(jù)輸入端口的類(lèi)型是否一致，如果一致，執(zhí)行步驟L5);如果不一致，則刪除當(dāng)前的構(gòu)件B，重新執(zhí)行步驟L2)；
[0040]L5)連接件的隊(duì)列管理器根據(jù)構(gòu)件A的數(shù)據(jù)輸出端口和構(gòu)件B的數(shù)據(jù)輸入端口的類(lèi)型，分配隊(duì)列，并獲取隊(duì)列的編號(hào)；
[0041]L6)設(shè)置隊(duì)列管理器的隊(duì)列編號(hào)和隊(duì)列類(lèi)型分別為上述隊(duì)列的編號(hào)、端口的類(lèi)型，設(shè)置隊(duì)列的起始位置的標(biāo)志位為可讀和可寫(xiě)；通過(guò)該設(shè)置，隊(duì)列的起始位置均是可讀位置和可寫(xiě)。對(duì)于后續(xù)構(gòu)件B而言，起始位置可讀，便于讀取訪(fǎng)問(wèn)。對(duì)于下一次的需要傳輸數(shù)據(jù)到連接件的構(gòu)件而言，起始位置可寫(xiě)，便于寫(xiě)入數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)。
[0042]L7)設(shè)置構(gòu)件A的數(shù)據(jù)輸出端口和構(gòu)件B的數(shù)據(jù)輸入端口的隊(duì)列編號(hào)為上述隊(duì)列的編號(hào)。
[0043]如圖8所示，為構(gòu)件A的數(shù)據(jù)寫(xiě)入流程示意圖。構(gòu)件A的輸出端口通過(guò)連接件將數(shù)據(jù)傳遞給構(gòu)件B的輸入端口，首先需要構(gòu)件A的數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)輸出端口將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到連接件的隊(duì)列，包括以下步驟:
[0044]W1)數(shù)據(jù)處理模塊獲取輸出端口的隊(duì)列編號(hào)；
[0045]W2)數(shù)據(jù)處理模塊獲取隊(duì)列管理器的可寫(xiě)位置；
[0046]W3)判斷此可寫(xiě)位置的標(biāo)志位是否可寫(xiě)，如果可寫(xiě)，進(jìn)入步驟W4)，如果不可寫(xiě)，則延遲設(shè)定時(shí)間后返回步驟W2);
[0047]上述步驟W2)獲取的可寫(xiě)位置便于快速定位。步驟W3)判斷可寫(xiě)位置的標(biāo)志位，是防止在后續(xù)寫(xiě)的過(guò)程中被其它構(gòu)件進(jìn)行讀取操作。當(dāng)判斷不可寫(xiě)時(shí)，可能是其它構(gòu)件讀取的不及時(shí)，造成不可寫(xiě)。因此此時(shí)緩沖延遲一段時(shí)間后