"虚拟仪器系统软件结构-码农·如何成为一位数据科学家(第17期)"
虚拟仪器系统是一种结合计算机系统与传统仪器技术的新型系统,它着重于软件部分的设计与分析,遵循软件结构学的原则。在系统构建过程中,需要对元件和接口进行深入分析,以形成通用的虚拟仪器系统软件设计模式。虚拟仪器系统的核心组成部分是系统框架,它不是一个物理实体,而是一种集成方法和要求,确保硬件和软件模块的互操作性。
VPP(Virtual Instrument Software Architecture)规范定义了系统框架,共分为十种,对应五种操作系统(如DOS、Win95、WinNT、HP-UX、SUN)和两种语言风格(文本式和图形化)。这十种框架中,五种基本框架分别基于这些操作系统,而另外五种(GWIN、GWIN95、GWINNT、GHP-UX、GSUN)是针对NI公司的LabVIEW图形化平台。每个框架都有其特定的规范,确保与不同硬件平台和操作系统兼容。
在VPP-2规范中,系统框架的元件包括VXI主机箱、VXI零槽/资源管理器、仪器模块、仪器硬件接口和操作系统。VXI主机箱需符合VXI总线标准,同时提供功率和冷却计算。VXI零槽/资源管理器支持多种接口,如GPIB、MXI和IEEE1394。仪器模块可涵盖VXI、GPIB和串行接口仪器,而仪器硬件接口则需支持多种通信协议,如VXI消息协议、GPIB标准和串行通信协议。
虚拟仪器系统软件结构的建立首先要选择适合的系统框架,然后在选定框架内选择适当的组成元件。设计时,所有模块都应符合至少一种系统框架的规范,否则无法被视为合格的VPP产品。
VISA(Virtual Instrument Software Architecture)作为虚拟仪器系统I/O接口软件,提供了通用的通信接口,支持VXI、GPIB等多种仪器的控制。VISA的特点包括其灵活的模型结构和广泛适用性,通过VISA资源描述,可以定义和管理各种仪器接口资源,实现高效的数据交换。
虚拟仪器驱动程序是连接软件和硬件的关键,它提供了用户界面与实际仪器之间的接口,具有高度可定制性和可扩展性。功能面板文件则是驱动程序的重要组成部分,定义了用户界面的布局和功能,使得用户可以通过图形化界面与仪器交互。
虚拟仪器系统软件结构涉及软件设计模式、系统框架选择、VISA通信接口、驱动程序设计和软面板创建等多个方面,这些构成了现代虚拟仪器技术的基础,为数据科学家提供了强大的工具集,以便进行复杂的数据采集和处理任务。