儀器驅(qū)動(dòng)器-自動(dòng)測試系統(tǒng)課件

1、自動(dòng)測試系統(tǒng)儀器驅(qū)動(dòng)器VXI總線即插即用規(guī)范的提出VXI總線測試平臺(tái)是公認(rèn)的21世紀(jì)儀器總線系統(tǒng)和自動(dòng)測試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺(tái)，自1987年推出以來，已成為儀器測試領(lǐng)域的總線標(biāo)準(zhǔn)。為了使VXI總線更易于使用，實(shí)現(xiàn)VXI總線系統(tǒng)的互換性，并在系統(tǒng)級(jí)上使VXI總線系統(tǒng)成為一個(gè)真正開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，NI等著名儀器公司于1993年成立了VXI總線即插即用聯(lián)盟( VXI plug&play)，簡稱VPP聯(lián)盟，隨后發(fā)布了VXI即插即用規(guī)范。VXI總線即插即用規(guī)范的提出VPP是對VXI總線標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充和發(fā)展，主要解決了VXI總線系統(tǒng)級(jí)的軟件標(biāo)準(zhǔn)問題。VPP規(guī)范制訂了標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框架，對操作系統(tǒng)、編程語言、I/O

2、程序庫、儀器驅(qū)動(dòng)程序和高級(jí)應(yīng)用軟件工具等作了原則性的規(guī)定，從而真正實(shí)現(xiàn)了VXI總線系統(tǒng)的開放性、兼容性和互換性，進(jìn)一步縮短了VXI系統(tǒng)的集成時(shí)間，降低了系統(tǒng)成本。10個(gè)VPP技術(shù)規(guī)范文件目前VPP聯(lián)盟已制訂了10個(gè)技術(shù)規(guī)范文件：VPP1 章程文件VPP2 系統(tǒng)框架規(guī)范VPP3.1 儀器驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)規(guī)范VPP3.2 儀器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)體規(guī)范VPP3.3 儀器驅(qū)動(dòng)程序交互式開發(fā)者接口規(guī)范VPP3.4 儀器驅(qū)動(dòng)程序編程式開發(fā)者接口規(guī)范VPP4.3 VISA庫10個(gè)VPP技術(shù)規(guī)范文件續(xù)VPP5 VXI部件知識(shí)庫規(guī)范VPP6 安裝與包裝規(guī)范VPP7 軟面板規(guī)范VPP8 VXI模塊、主機(jī)箱與接收器互連

3、VPP9 儀器廠商縮寫規(guī)范 VPP10 VXI plug&play 圖標(biāo)規(guī)范與部件注冊下面主要介紹VPP3儀器驅(qū)動(dòng)器儀器驅(qū)動(dòng)程序的由來 在設(shè)計(jì)、續(xù)建自動(dòng)測試系統(tǒng)時(shí)，儀器的編程是一個(gè)系統(tǒng)中最費(fèi)時(shí)費(fèi)力的部分。用戶需要花較多的時(shí)間來學(xué)習(xí)系統(tǒng)中每臺(tái)儀器的特定編程要求、儀器操作命令集。若系統(tǒng)中的各種器件由不同的廠家提供，用戶就需要學(xué)習(xí)所有集成到系統(tǒng)中的儀器的用戶手冊，并根據(jù)自己的需要對一個(gè)個(gè)的命令加以編程調(diào)試。所有的儀器既需要完成底層的儀器I/O操作，又需要完成高層的儀器交互能力。所有這些都大大增加了系統(tǒng)集成人員的負(fù)擔(dān)。儀器驅(qū)動(dòng)程序的由來 由于上述問題，儀器用戶設(shè)法將儀器編程結(jié)構(gòu)化、模塊化以使控制特定儀

4、器的程序能重復(fù)使用。由此，一方面對儀器編程語言提出了標(biāo)準(zhǔn)化的要求，另一方面，需要定義一層具有模塊化、獨(dú)立性的儀器操作程序，也即具有相對獨(dú)立的儀器驅(qū)動(dòng)程序。儀器驅(qū)動(dòng)程序的由來隨著虛擬儀器的出現(xiàn)，軟件在儀器中的地位越來越重要，將儀器的編程留給用戶的傳統(tǒng)方法也越來越與儀器的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化趨勢不相符。I/O接口軟件作為一層獨(dú)立軟件的出現(xiàn)，也使儀器編程任務(wù)可劃分。人們將處理與一特定儀器進(jìn)行控制和通信的一層較抽象的軟件定義為儀器驅(qū)動(dòng)器。儀器驅(qū)動(dòng)器是基于I/O接口軟件之上，并與應(yīng)用程序進(jìn)行通信的中間紐帶。儀器驅(qū)動(dòng)程序的由來 VXI儀器的出現(xiàn)，為儀器驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展帶來了契機(jī)。但VXI儀器驅(qū)動(dòng)程序的編寫比GPIB

5、儀器要復(fù)雜得多，因此，VXI即插即用系統(tǒng)聯(lián)盟在定義虛擬儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，也詳細(xì)規(guī)定了符合VXI即插即用規(guī)范的虛擬儀器系統(tǒng)的儀器驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，即VXI即插即用規(guī)范中的VPP3.1VPP3.4。這些規(guī)范明確了儀器驅(qū)動(dòng)器的概念：儀器驅(qū)動(dòng)器是一套可被用戶調(diào)用的子程序，使用時(shí)只需調(diào)用相應(yīng)的一些函數(shù)就可以完成對儀器各種功能的操作。VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)儀器驅(qū)動(dòng)程序由儀器供應(yīng)廠家提供 儀器驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)完整的軟件模塊，由儀器模塊供應(yīng)廠家提供儀器模塊的同時(shí)提供給用戶所有儀器驅(qū)動(dòng)程序都必須提供程序源代碼，而不是只提供可調(diào)用函數(shù)用戶通過閱讀與理解儀器驅(qū)動(dòng)程序源代碼，根據(jù)自己的需要來修改與優(yōu)化驅(qū)動(dòng)程序。儀器

6、供應(yīng)廠家不完全限定儀器功能，儀器具有擴(kuò)展性與修正性，可以方便的將儀器集成到系統(tǒng)中去，也可以方便的實(shí)現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)的優(yōu)化。VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)儀器驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)的模塊化與層次化儀器驅(qū)動(dòng)程序并不是I/O級(jí)的底層操作，而是較抽象的儀器測試與控制。所有儀器程序的設(shè)計(jì)都遵循外部接口模型與內(nèi)部設(shè)計(jì)模型的雙重結(jié)構(gòu)儀器驅(qū)動(dòng)程序的一致性儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)機(jī)制都是統(tǒng)一的。用戶在理解了一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)器后，可以利用儀器驅(qū)動(dòng)器程序的一致性，方便而有效的理解另一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序。甚至可在一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)修改，為新的儀器模塊開發(fā)出一個(gè)符合VPP規(guī)范的儀器驅(qū)動(dòng)程序。VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)儀器驅(qū)動(dòng)程序的

7、兼容性與開放性 VPP規(guī)范對于儀器驅(qū)動(dòng)程序的要求，不僅適用于VXI儀器，也同樣適用于GPIB儀器，串行接口儀器的驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。同樣，VPP規(guī)范也不僅適用于消息基器件驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，也適用于寄存器基器件驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。 在虛擬儀器系統(tǒng)中，所有類型的虛擬儀器具有同樣結(jié)構(gòu)與形式的儀器驅(qū)動(dòng)程序，從而大大提高儀器系統(tǒng)的集成與調(diào)試過程，非常有利于虛擬儀器系統(tǒng)的維護(hù)與發(fā)展。儀器驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)模型VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序規(guī)范規(guī)定了儀器驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)者編寫驅(qū)動(dòng)程序的規(guī)范和要求，它可使多個(gè)廠家儀器驅(qū)動(dòng)程序共同使用，增強(qiáng)了系統(tǒng)級(jí)的開放性，兼容性和互換性。VPP規(guī)范提出了兩個(gè)基本結(jié)構(gòu)模型，其儀器驅(qū)動(dòng)程序都是圍繞這兩個(gè)模型編

8、寫的，第一個(gè)模型是儀器驅(qū)動(dòng)程序的外部接口模型，它表示了儀器驅(qū)動(dòng)程序如何與外部軟件系統(tǒng)接口。儀器驅(qū)動(dòng)程序的外部接口模型應(yīng)用程序儀器驅(qū)動(dòng)程序(函數(shù)體)子程序接口VISA I/O接口編程式開發(fā)者接口交互式開發(fā)者接口外部接口模型外部接口模型的五大部分函數(shù)體是儀器驅(qū)動(dòng)程序的主體，為儀器驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)際源代碼。VPP規(guī)范定義了兩種源代碼形式：語言代碼形式(C語言)和G(圖形)語言形式。交互式開發(fā)者接口通常為一個(gè)圖形化的功能面板，用戶可在這個(gè)圖形接口上管理各種控制、改變每一個(gè)功能調(diào)用的參數(shù)值外部接口模型的五大部分編程式開發(fā)者接口是應(yīng)用程序調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的軟件接口，通過本接口可以方便的調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)程序中定義的所有

9、功能函數(shù)VISA I/O接口標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口程序庫，通過調(diào)用本接口可以實(shí)現(xiàn)儀器 驅(qū)動(dòng)程序與儀器的通信問題子程序接口是為儀器驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用其它器件模塊(如數(shù)據(jù)庫、FFT等軟件)而提供的軟件接口內(nèi)部接口模型儀器驅(qū)動(dòng)程序的第二個(gè)模型是內(nèi)部設(shè)計(jì)模型，它定義了儀器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并作了詳細(xì)描述。所有的VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序的源代碼根據(jù)此設(shè)計(jì)模型編寫。因此，該模型對于儀器驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)者來說非常重要。用戶一旦理解了這一模型，且知道如何使用儀器驅(qū)動(dòng)程序，那么，用戶就完全知道怎樣使用所有的儀器驅(qū)動(dòng)程序。儀器驅(qū)動(dòng)程序的內(nèi)部設(shè)計(jì)模型用戶程序編程式開發(fā)者接口交互式開發(fā)者接口函數(shù)體應(yīng)用函數(shù)初始化函數(shù)初始化函數(shù)配置

10、函數(shù)作用/狀態(tài)函數(shù)數(shù)據(jù)函數(shù)實(shí)用函數(shù)部件函數(shù)子程序接口VISA I/O接口內(nèi)部設(shè)計(jì)模型 儀器驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)體主要由兩個(gè)部分組成：部件函數(shù)應(yīng)用函數(shù) 其中，部件函數(shù)是一些控制儀器特定功能的軟件模塊，包括初始化、配置、作用/狀態(tài)、數(shù)據(jù)、實(shí)用和關(guān)閉功能。應(yīng)用函數(shù)使用一些部件函數(shù)共同實(shí)現(xiàn)完整的測試和測量操作。部件函數(shù) 從部件函數(shù)的類型看出，初始化函數(shù)、關(guān)閉函數(shù)以及實(shí)用函數(shù)是所有VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序都必須包含的，屬于儀器的通用函數(shù)部分，而配置函數(shù)、動(dòng)作/狀態(tài)函數(shù)以及數(shù)據(jù)函數(shù)是每個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序的不同部分，屬于儀器的特定函數(shù)部分，即：初始化函數(shù)關(guān)閉函數(shù)實(shí)用函數(shù)配置函數(shù)動(dòng)作/狀態(tài)函數(shù)數(shù)據(jù)函數(shù)特定函數(shù) 通用函數(shù) 應(yīng)用

11、函數(shù) 應(yīng)用函數(shù)是一組以源代碼提供的面向測試任務(wù)的高級(jí)函數(shù)，在大多數(shù)情況下，這些例行程序通過配置、觸發(fā)和從儀器讀取數(shù)據(jù)來完成整個(gè)測試操作。這些函數(shù)不僅提供了如何使用部件函數(shù)的實(shí)例，而且當(dāng)用戶僅需要一個(gè)面向測試的函數(shù)接口而不是使用單個(gè)部件函數(shù)時(shí)，它們非常有用。 應(yīng)用函數(shù)本身是基于部件函數(shù)之上的。儀器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)簡介通用函數(shù)初始化函數(shù)建立驅(qū)動(dòng)程序與儀器的通信聯(lián)系參數(shù)表:輸入?yún)?shù)描述類型rsrcName儀器描述ViRsrcid query系統(tǒng)確認(rèn)是否執(zhí)行ViBooleanReset instr復(fù)位操作是否執(zhí)行ViBoolean輸出參數(shù)描述類型vi儀器句柄Visession儀器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)簡介通用函數(shù)返

12、回狀態(tài)值表：返回狀態(tài)值描述VI_SUCCESS初始化完成VI_WARN_NSUP_ID_QUERY標(biāo)識(shí)查詢不支持VI_WARN_NSUP_RESET復(fù)位不支持VI_ERROR_FAIL_ID_RESET儀器標(biāo)識(shí)查詢失敗儀器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)簡介通用函數(shù)復(fù)位函數(shù)將儀器置為初態(tài)自檢函數(shù)對儀器進(jìn)行自檢錯(cuò)誤查詢函數(shù)？儀器錯(cuò)誤的查詢版本查詢函數(shù)對儀器驅(qū)動(dòng)程序的版本與固體版本進(jìn)行查詢關(guān)閉函數(shù)終止軟件與儀器的通信聯(lián)系，并釋放系統(tǒng)資源儀器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)簡介特定函數(shù) 每個(gè)儀器不僅具有通用功能，也具有自己的特定功能。按功能類別函數(shù)的定義的儀器類型，從其功能上劃分，分為測量儀器、源類儀器以及開關(guān)類儀器。 整個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序的

13、結(jié)構(gòu)是樹型結(jié)構(gòu)，儀器作為樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)，包括的功能類別函數(shù)按類別分為子結(jié)點(diǎn)，再向下分解所包括的子功能為孫結(jié)點(diǎn)，一直分解到所有子功能都能對應(yīng)到一個(gè)儀器功能操作函數(shù)為止。三種功能類別函數(shù)1. 測量類功能類別函數(shù)完成對一特定測量任務(wù)進(jìn)行儀器配置，初始化測量過程并讀取測量值。這些函數(shù)一般包括在測量類儀器模塊中(如萬用表模塊)的儀器驅(qū)動(dòng)程序中，它包含多個(gè)參數(shù)，且不需要與其它驅(qū)動(dòng)函數(shù)操作進(jìn)行交互。測量類功能類別函數(shù)取數(shù)函數(shù)初始化函數(shù)讀函數(shù)配置函數(shù)測量類函數(shù)測量類功能類別結(jié)構(gòu)模型配置函數(shù)為測量類儀器提供一個(gè)高級(jí)抽象接口，為一個(gè)特定的測量任務(wù)配置儀器，但不進(jìn)行測量初始化，不提供返回結(jié)果讀函數(shù)完成一個(gè)完整的測量

14、操作。從測量的初始化到提供測量結(jié)果三種功能類別函數(shù)2.源類功能類別函數(shù)該類函數(shù)在單一操作中，完成對一個(gè)特定的激勵(lì)輸出的儀器配置，并進(jìn)行初始化。這些函數(shù)一般包含在源輸出類模塊(如信號(hào)發(fā)生器等)的儀器驅(qū)動(dòng)程序中。初始化函數(shù)配置函數(shù)源類函數(shù)源類功能類別結(jié)構(gòu)圖為源類儀器提供一個(gè)高級(jí)抽象的功能接口，不進(jìn)行器件初始化，不提供返回結(jié)果進(jìn)行源操作登錄，完成激勵(lì)輸出操作初始化三種功能類別函數(shù)3.開關(guān)類功能類別函數(shù)在單一操作中，本函數(shù)完成對信號(hào)的開關(guān)選通。這些功能函數(shù)一般包括在各類開關(guān)模塊的儀器驅(qū)動(dòng)程序中。這些功能函數(shù)包括多個(gè)參數(shù)，且不需要與其它驅(qū)動(dòng)函數(shù)操作進(jìn)行交互。初始化函數(shù)配置函數(shù)開關(guān)類函數(shù)開關(guān)類功能類型結(jié)構(gòu)

15、模型為開關(guān)類儀器提供一個(gè)高級(jí)抽象的功能接口，不進(jìn)行器件初始化，不提供返回結(jié)果進(jìn)行開關(guān)操作登錄，完成開關(guān)選通操作初始化儀器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù) 將儀器分為以上三大類相對模糊。有些儀器本身既有測量功能，同時(shí)具有源輸出功能，因此，它必須同時(shí)符合VPP規(guī)范對于測量類功能類別函數(shù)與源類功能類別函數(shù)的要求。儀器驅(qū)動(dòng)程序功能面板 儀器驅(qū)動(dòng)程序外部接口模型中定義了交互式開發(fā)者接口，實(shí)質(zhì)上是功能面板文件。功能面板文件是對儀器驅(qū)動(dòng)程序的圖形化描述，為每一個(gè)由C語言源代碼形式提供的功能操作函數(shù)提供了圖形化的表達(dá)。利用功能面板文件，用戶可以交互式的理解整個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)、操作函數(shù)的組成與使用，了解儀器的功能與儀器驅(qū)動(dòng)程序

16、各個(gè)函數(shù)及函數(shù)中各個(gè)參數(shù)的意義與作用，使儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與使用都變得直觀、方便。儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)步驟可分為七步：確定儀器模塊的應(yīng)用目標(biāo)及功能指標(biāo)選擇系統(tǒng)框架選擇一個(gè)現(xiàn)存的儀器驅(qū)動(dòng)程序作參考確定樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)操作函數(shù)的函數(shù)面板調(diào)試與完善儀器驅(qū)動(dòng)程序編寫儀器驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)文檔確定儀器模塊的應(yīng)用目標(biāo)及功能指標(biāo) 與儀器硬件模塊開發(fā)所關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)不同：儀器硬件模塊所關(guān)心：硬件性能指標(biāo)，包括精度、靈敏度、線性度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、使用環(huán)境溫度范圍以及可靠性指標(biāo)等動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)儀器驅(qū)動(dòng)程序關(guān)心：儀器的功能指標(biāo)選擇系統(tǒng)框架根據(jù)外部接口模型定義，儀器驅(qū)動(dòng)程序必須包括如下文件：功能體：源代碼( .c 與

17、 .h 文件)應(yīng)用程序開發(fā)者接口：動(dòng)態(tài)鏈接庫文件(.dll, .lib, .def 文件)交互式開發(fā)者接口：功能面板文件(.fp文件)和WINDOWS幫助文件(.hlp文件)VISA I/O接口：必須包括32位VISA動(dòng)態(tài)鏈接庫文件( VISA32.dll )子程序接口：必須可以引入其它庫函數(shù)其它：包括說明檔，VB函數(shù)原理文件等選擇一個(gè)現(xiàn)有的儀器驅(qū)動(dòng)程序作參考 選擇一個(gè)現(xiàn)存、與所要設(shè)計(jì)模塊類似的儀器驅(qū)動(dòng)程序作為設(shè)計(jì)面板，盡可能在已有的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改設(shè)計(jì)，而不要進(jìn)行重復(fù)性勞動(dòng)。還有一種方法是采用在儀器驅(qū)動(dòng)程序核心結(jié)構(gòu)上進(jìn)行擴(kuò)充設(shè)計(jì)，這個(gè)核心結(jié)構(gòu)被稱為儀器驅(qū)動(dòng)程序的必需內(nèi)核文件，也同樣包括源代碼與

18、功能面板文件。確定樹結(jié)構(gòu) 在參考對用模塊的基礎(chǔ)上，確定儀器驅(qū)動(dòng)程序的組成結(jié)構(gòu)，即設(shè)計(jì)功能面板的樹型結(jié)構(gòu)，從上到下由儀器結(jié)點(diǎn)(根結(jié)點(diǎn))與函數(shù)結(jié)點(diǎn)(葉結(jié)點(diǎn))層次化構(gòu)成。功能面板樹型結(jié)構(gòu)的確定，也就確定了驅(qū)動(dòng)程序所需要包括的所有功能函數(shù)，也是儀器驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)部設(shè)計(jì)模型的表達(dá)。設(shè)計(jì)各個(gè)操作函數(shù)的函數(shù)面板儀器驅(qū)動(dòng)程序源代碼的編寫必須符合規(guī)范：所有函數(shù)都基于VISA I/O接口庫所有函數(shù)定義的數(shù)據(jù)類型都必須是VISA庫中定義的數(shù)據(jù)類型所有函數(shù)必須包含一個(gè)返回狀態(tài)值，且類型唯一，為ViStatus函數(shù)名不能超過31個(gè)字符，并在定義函數(shù)名之前，應(yīng)帶宏定義名_VI_FUNC，定義函數(shù)中數(shù)組類型參數(shù)與輸出參數(shù)時(shí)，參數(shù)前必須帶宏定義名_VI_FAR。避免引出全局變量，避免聲明大型數(shù)組結(jié)構(gòu)，不采用屏幕輸入/輸出方式在儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的