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第四章 虚拟仪器驱动程序 在仪器系统的设计中，仪器驱动程序的设计一向是最费时间与精力的工作，而对于 用户来说，仪器驱动程序又如一个神秘的“黑匣子”，浑然不知其内部所含何物， 一切只能靠开发商决定。VPP规范的提出，要求仪器模块生产厂家在提供硬件模块 的同时，必须提供仪器驱动程序的各种文件形式，一方面给仪器驱动程序的编写提 出了一个标准化的规范，另一方面又给仪器用户提供了更多的权限与参与性，进一 步扩展了仪器的使用性。本章主要介绍了符合VPP规范的虚拟仪器驱动程序的特点 ，分别了其内部设计模型与外部接口模型的设计规范，并结合多个实际开发例程， 探讨了虚拟仪器驱动程序的设计方法与实现步骤。在该章中，还介绍了虚拟仪器功 能面板文件的结构与应用。 4.1 虚拟仪器驱动程序的特点 4.1.1 虚拟仪器驱动程序的由来 在自动测试系统中，仪器的编程任务总是最头痛的事，许多用户认为这通常是开发 一个仪器系统中最费时费力的部分。用户需要花费不少宝贵的时间学习系统中每台 仪器的特定编程要求，包括所有公布在用户手册上的仪器操作命令集，也包括一些 未公布的仪器特性。由于系统中的仪器可能由各个仪器供应厂家提供，完成仪器系 统集成的设计人员，需要学习所有集成到系统中的仪器用户手册，并根据自己的需 要一个个命令地加以编程调试。所有的仪器编程任务既需要完成低层的仪器I/O操 作，又需要完成高层的仪器交互能力，每个仪器的编程由于编程人员的风格与爱好 不一样而可能各具特色。对于系统集成设计人员，不仅应是一个仪器专家，也应是 一个编程专家，这大大增加了系统集成人员的负担，使系统集成的效率和质量无法 得到保证。由于未来的系统中将使用不少相同的仪器，因此，仪器用户总是设计将 仪器编程结构化、模块化以使控制特定仪器的程序能重复使用。因此一方面，对仪 器编程语言提出了标准化的要求；另一方面，需要定义一层具有模块化、独立性的 仪器操作程序，也即具有相对独立性的仪器驱动程序。 以GPIB仪器为代表的机架层迭式仪器结构，既能实现本地控制，又可实现远程控制 。IEEE488.1和IEEE488.2规范的制定，对GPIB仪器的用语法及数据结构连接的消息 通信功能层和用命令及询问连接的公共系统功能层作了标准化规定。在此基础上， 仪器制造商国际协会于1990年提出了可编程仪器标准命令（SCPI），它是一个超出 IEEE488之外的仪器命令语言，它支持同类仪器间语言的一致性。SCPI与过去的仪 器语言不同点在于命令描述的是正在试图被测量的信号，而不是正在用以测量信号 的仪器。人们可花费较多的时间来学习解决实际应用问题，用较少的时间来学习所 使用的仪器，这是因为相同的SCPI命令可用于很多不同类型的仪器，这叫做“横向 兼容性”（即不同产品类型之间的兼容性）。SCPI还是可扩展的，这就使它能随着 仪器功能的增加而扩大。这样在将来人们可以购买一台比目前所用仪器功能更多的 万用表，其基本功能完全可以象以前使用的旧仪器一样程控，这就是“纵向兼容性 ”（即产品各代之间的兼容性）。 SCPI语言由三部分组成：第一部分为“语法和式样”，描述实际语言的应用以及发 展维护的基本原理；第二部分为“命令结构”，描述了在仪器中出现的实际语言的 构造；第三部分为“数据交换格式”，描述了在仪器与应用之间、应用与应用之间 或仪器与仪器之间可以使用的数据集的标准表示方法。SCPI的一致性使测试软件的 开发容易而且迅速。程序员可以学会一种语言，而不需对每种不同仪器各学一种仪 器命令语言，这就使编程更快、更容易，从而节省大量集成成本。 另一方面，随着虚拟仪器的出现，软件在仪器中的地位越来越重要，将仪器的编程 留给用户的传统方法也越来越与仪器的标准化、模块化的趋势不相符。I/O接口软 件作为一层独立软件的出现，也使仪器编程任务易以划分。人们将处理与某一特定 仪器进行控制和通讯的一层较抽象的软件定义为仪器驱动程序。仪器驱动程序是基 于I/O接口软件之上，并与应用程序进行通讯的中间纽带。仪器驱动程序对于一台 仪器来说，成为了一个与显示适配器、磁盘驱动器一样的独立模块，可以明确地定 义与编写。仪器驱动程序一般由供应厂家来提供，对于用户来说往往只得到了一个 神秘的“黑匣子”，只知道仪器驱动程序提供的可执行可调用的功能函数，而不知 道仪器驱动程序本身是如何编写的，这成为了供应厂家的“秘密”，用户在仪器面 前是被动的，仪器功能全部由仪器供应厂家来定义与提供，用户只有选择的权利而 不能作相应的修改。同时，市场上也出现了仪器驱动程序的专业开发人员，他们用 编程语言（BASIC、C、PASCAL等）为仪器开发驱动程序，作为第三方制成的程序库 提供给用户。这种仪器驱动程序主要考虑的是仪器的通性，对于仪器的特性往往考 虑得不完整，其可靠性与质量是不