虚拟仪器系统软件结构与VISA详解

"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。