1394VXI零槽控制器模件VISA库研究

华中科技大学硕士学位论文1394-VXI零槽控制器模件VISA库研究姓名：何虎申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：汪国有20070125I摘要虚拟仪器作为一种新型仪器在综合自动化测试领域得到了广泛应用。VISA是VXI即插即用系统联盟为了实现虚拟仪器系统可扩展性、标准性、模块性、以及互操作性而定义的标准化I/O接口。本文立足于国产化1394-VXI零槽控制器，遵照VPP4.3规范，详细介绍了基于1394接口的零槽控制器模件VISA软件系统的设计。本文首先介绍虚拟仪器测试系统的逻辑模型，明确了设计中的主要任务，接着根据VPP4.3和NI-VISA规范介绍了VISA系统资源及标准，然后详细阐述了VISA软件系统中的资源管理器、VISA动态链接库、底层I/O驱动程序的设计方案，昀后介绍了VISA库的测试和应用。本文立足于已有的嵌入式VISA库，给出了基于1394的VISA结构模型，研制了具有我国自主知识产权的1394-VXI零槽控制器VISA软件系统，为我国自主开发的VXI总线自动化测试系统提供了软件平台。关键词：零槽控制器;VISA库;资源管理器;WDMIIAbstractVirtualInstrumentshavebeenwidelyusedasanewkindofinstrumentsinthefieldofautomeasurement.VISAisastandardI/OinterfaceofVXIplug&playsystemsalliance,withextension,standardization,modularizationandinter-operation.ThisthesisdiscussesthedesigningoftheVISAsoftwaresystembasedontheIEEE1394interfaceaccordingtotheVPP4.3regulation.Thisthesishasfourparts.ThefirstpartintroducesthelogicmodeloftheVXImeasurementsystemandpresentsthemaintaskofthedesign.ThesecondpartdescribestheresourceandstandardoftheVISAbasedontheVPP4.3andtheNI-VISA.Thenthethirdpartdiscussesthedesignoftheresourcemanager,VISAdynamiclinklibraryandthebottomI/Odevicedriver.Finally,thelastpartdescribesthetestingandapplicationoftheVISAlibrary.ReferringtotheexistingEmbededVISAlibrary,thethesisdefinestheVISAarchitecturemodelwiththe1394interfaceanddesignstheVISAsoftwaresystem,whichsuppliesasoftwareplatformfortheVXIautomeasurementsystemofournation.KeyWords:Slot0Controller;VISALibrary;ResourceManager;WDM独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描复制保存手段和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日11绪论1.1课题背景、现状及研究意义本世纪六七十年代，测试技术和计算机技术的结合，产生了自动测试设备和自动测试系统。七十年代中后期，惠普公司的HP-IB标准以及按照该标准指定的IEEE488标准，使得测试总线工业化，从此自动测试系统开始了一个飞跃的发展。进入八十年代后，随着科技的进步和发展，对测试的要求越来越高，GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)总线已经不能满足高速度、高可靠性、高稳定性、可替换性等方面的要求。1987年，由美国几家大仪器公司联合制定了VXI总线标准规范，1992年又成立了VXIplug&play联盟。VXI系统在十多年时间里，以其强大的生命力，得到了迅速的发展。而与其相关的软硬件规范标准也不断的完整，不断推出新的产品。VXI总线是VMEbusExtensionforInstrumentation的缩写[1]，即VME总线在测量仪器领域中的扩展。这是一种新型测量仪器的总线标准，其总线标准是一种在世界范围内完全开放的、使用于各种不同厂家、不同应用领域的行业标准。由于它具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用的优点，短短的十年时间里，便得到了世人认可，特别是昀近几年，随着”VXIplug&play”联盟的不懈努力和VXI总线产品的不断涌现，VXI系统的组建和使用越来越方便，其应用也越来越广，尤其是在组建中、大规模自动测试系统以及对速度、精度要求较高的场合，有着其他仪器系统无法比拟的优势。由于它是电子测试仪器发展上的一个重要里程碑，其被认为是电子仪器和自动测试领域的“第三次革命”。VISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture)是VPP系统联盟制定的I/O接口软件标准以及相关规范的总称，是现代电子测量技术与计算机应用技术相结合的产物。在近代电子测量技术中，把微计算机装入智能仪器，以实现对测试系统的全面控制和管理。如将个人仪器做成插卡形式，插入计算机的总线扩展槽中与计算机总线相接，从而利用计算机的软、硬件资源，使仪器功能更加强大。在传统仪器中，仪器功能的改变是将电路硬件结构加以改造而获得[2,3]。而在虚拟仪器中，则可通过编制2软件使仪器功能得以扩展，故又有“软件即仪器”[4]的说法。VISA是一种用来开发与VXIplug&play兼容的仪器驱动程序和应用程序的标准化I/O库[5]。简单的说，就是测试系统控制器(如VXI控制器、GPIB控制器)的I/O驱动程序[6]。VISA提供与仪器硬件接口无关的特性，是实现虚拟仪器系统开放性与互换性的关键。VISA标准有如下特点：z面向对象编程。zVISA是当前所有仪器接口类型功能函数的超集，且十分简洁。GPIB有60多个函数，VXI有130多个函数，惠普的SICL有100多个函数，而VISA具有上述所有接口函数的功能，却只有55个操作函数。zVISA作为标准函数，与仪器I/O接口类型无关，可控制仪器各种类型的I/O接口，而接口程序不需改变。zVISA程序与操作系统、编程语言无关，只需很小的修改就可以从一个平台移植到另一个开发平台。基于以上特点，VISA库为用户提供了一套独立且易用的低层I/O库及相应的函数接口，使用户可以方便的开发与仪器、接口类型无关的测试应用[7]。目前，VISA库可以支持的操作系统包括：WIN、WIN95/NT、SUN、HP-UX[8]等。支持的语言及开发环境有：C/C++（VC、BC）、VB、Labview[9]、Labwindows/CVI[10]、HPVEE等。同时，作为一种通用的I/O标准，VISA与仪器、接口类型无关的特性[11,12]，也为开发人员提供了方便，并大大的缩短了开发周期[13]。目前，凡是加入VPP联盟的VXI产品开发商及制造商都将以此标准开发底层I/O函数集和编写VXI模块的驱动程序，因此，绝大部分用户编写的VXI应用程序都是基于VISA标准的。我国自动测试领域专家、学者自VXI技术问世以来,就以极大的兴趣密切关注着其发展动向，在中国计算机自动测量与控制技术协会内成立了VXI技术专业委员会并开展了一系列的学术活动。目前我国在VXI测试产品的研制上取得了长足发展，各种VXI模件相继问世，电子科技大学研制了GPIB-VXI零槽控制器和嵌入式零槽控制器,哈尔滨理工大学研制了内嵌式零槽控制器,北京工业大学、南京航空航天大3学、浙江大学、北京航天测控公司等多家科研单位研制了各种类型的VXI模件及VXI自动化测试系统[14]，但是具有商业应用价值的1394－vxi零槽控制器及相关VISA套件在国内尚属空白。本课题是承接北京航天测控技术开发公司“863”项目―1394－vxi零槽控制器级及相关VISA库的研制，属于智能化仪器仪表与自动化测试、诊断技术的范畴。1394－vxi零槽控制器及其相关VISA套件的研制成功将极大推动我国VXI自动化测试技术的发展，完善我国VXI仪器的产品类型。与国外同类产品相比，本可题所研制的1394－vxi零槽控制器及相关软件套件具有价格便宜、维修方便、保密性好等特点。1.2课题研究任务到目前为止，VXI系统有四种与计算机通信控制的方式[15]：GPIB通信控制方式、1394通信控制方式、MXI通信控制方式、嵌入式控制器方式。本项目研究的主要目的是研制出与我国具有自主知识产权的1394－vxi零槽控制器模件相配套的软件系统(其中包含零槽控制器设备驱动程序、I/O库、VISA库和资源管理器等软件)，为VXI总线自动化集成测试应用系统提供良好的软硬件开发平台。本软件系统的研究以继承与创新相结合为指导，立足于已有的MXI/VXI总线控制器的研制工作，在充分消化和吸收国内外已有的VXI总线规范、VPP软件结构规范、VXI总线扩展器规范、PCI总线规范、1394总线规范等技术之后，采用结构化的分析和设计方法，详细的描述了1394－vxi零槽控制器设备驱动程序、底层I/O库、VISA库以及资源管理器的设计过程，使开发的软件产品具有清晰模块结构划分和良好的可互操作性、可移植性、可维护性，从而保证了软件产品的质量。本课题的昀终目的是为虚拟仪器的系统集成开发用户提供符合VISA标准的软件开发包。1.3系统功能技术指标虚拟设备软件结构采用VISA库标准，以满足规范性，可互操作性、可移植性和可维护性为准则，使研制出的1394/VXI零槽控制器、资源管理器软件、虚拟仪器软件结构VISA库能运行在WINDOWS2000/XP平台操作系统下。其主要软硬件开发4环境和功能指标如下：1.硬件开发环境z国产1394/VXI零槽控制器z惠普公司C尺寸VXI机箱z1394OHCI适配器z不同公司不同类型的VXI测试模件2.软件开发环境zwindow2000/xp操作系统zVisualC++6.0zWindowsSDKz设备驱动程序开发包DDK3.软件功能特点VISA库软件平台主要有以下特性：z可在windows2000\XP操作系统平台下运行；z满足VPP4.3规范；z支持VISA规范的内存访问操作；z支持VISA规范的事件服务；z支持VISA规范的模板服务；z能够与CVI和VC集成软件开发工具集成；z能够为HP、NI公司的标准仪器提供运行平台。1.4课题研究内容及系统总体设计方案1.4.1研究内容本课题的研究内容为VXI测试系统的软件核心部分，整个VXI测试系统框图如下：5CVI、VEE、VC集成软件开发平台交互式控制资源管理软件标准库用户库仪器驱动资源管理器VISA库I/O库零槽控制器设备驱动程序微型计算机系统总线接口VXI总线0槽控制器模件VXI仪器模件组VX