一類基于放寬型體系的分析儀器換置踐行
當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展，日新月異。由此導(dǎo)致測(cè)試設(shè)備的淘汰影響著飛行器、汽車以及軍用等測(cè)試行業(yè)。這些系統(tǒng)的測(cè)試在TPS上投入巨大，而且隨著儀器的更新，將導(dǎo)致TPS的升級(jí)與重新編寫，這又將會(huì)使投入進(jìn)一步加大。人們?cè)缇驮噲D解決儀器的互換性問(wèn)題，早期MATE計(jì)劃、ATLAS和后來(lái)的DAD計(jì)劃都是不錯(cuò)的想法，特別是他們還提出了面向信號(hào)的概念，這些概念現(xiàn)在仍在使用。但是，最終他們失敗了。因?yàn)檫@些政府項(xiàng)目，開銷巨大、而且不能與技術(shù)的發(fā)展同步<2>。
解決儀器互換問(wèn)題必須走的標(biāo)準(zhǔn)化道路。1990年，SCPI聯(lián)盟試圖標(biāo)準(zhǔn)化所有儀器的ASCI命令，開創(chuàng)了通用儀器類的概念。但是這時(shí)正值儀器驅(qū)動(dòng)技術(shù)流行，以至于沒有多少用戶真正了解到SCPI的優(yōu)越性<2>。
90年代中期，VPP驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)了。它開發(fā)了儀器軟面板，解決了不同廠商儀器驅(qū)動(dòng)器之間的互操作性問(wèn)題，開發(fā)了VISA傳輸層，但是，他們從來(lái)就沒有解決儀器的互換性問(wèn)題。而且，他們受到了后來(lái)微軟COM技術(shù)的威脅。
這些標(biāo)準(zhǔn)都提出了一些新的概念或想法，促進(jìn)了儀器互換性的發(fā)展，但是這些標(biāo)準(zhǔn)化家族也都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。要解決儀器的互換性必須結(jié)合以前的成功經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)最新技術(shù)和采用復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)，并考慮將來(lái)的發(fā)展<2>。直到IVI技術(shù)的出現(xiàn)，才使得儀器互換技術(shù)得到了較好的實(shí)現(xiàn)。
IVI規(guī)范和體系結(jié)構(gòu)為了提高儀器驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行性能和實(shí)現(xiàn)儀器的互換性，1998年由9個(gè)公司成立了IVI（interchang2 eable virtual instrument）基金會(huì)，在VXI2PNP技術(shù)的基礎(chǔ)上為儀器驅(qū)動(dòng)程序制定新的編程接口，在VISA標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序上插入VXI2PNP框架結(jié)構(gòu)和類驅(qū)動(dòng)程序。
IVI一經(jīng)提出就得到了一些儀器生產(chǎn)廠商的響應(yīng)，目前已經(jīng)發(fā)布了9大類儀器規(guī)范。美國(guó)國(guó)家儀器公司（簡(jiǎn)稱NI）作為IVI的系統(tǒng)聯(lián)盟之一，積極響應(yīng)IVI的號(hào)召，并開發(fā)了基于虛擬儀器軟件平臺(tái)的IVI驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)和配置環(huán)境。IVI技術(shù)的發(fā)展也引起了美國(guó)國(guó)防部（DoD）的興趣，并向其提出了制定包括源和測(cè)試裝置在內(nèi)的光電儀器類的需求。下一代測(cè)試（NText）工作組也將IVI作為其關(guān)鍵技術(shù)之一<2>。
IVI體系結(jié)構(gòu)由IVI儀器類驅(qū)動(dòng)器、IVI具體儀器驅(qū)動(dòng)程序、IVI引擎、IVI配置實(shí)用程序和IVI配置信息文件五部分組成，如所示。測(cè)試程序（TP）調(diào)用儀器類驅(qū)動(dòng)器，儀器類驅(qū)動(dòng)程序再調(diào)用具體儀器驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制真實(shí)儀器。IVI引擎通過(guò)控制儀器的讀寫屬性，來(lái)監(jiān)測(cè)IVI驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)緩存與參數(shù)驗(yàn)證等功能。此外，實(shí)現(xiàn)儀器的互換還必須借助配置工具，進(jìn)行必要的配置。
IVI的缺點(diǎn)IVI技術(shù)是當(dāng)前最為流行的儀器互換技術(shù)，而且該技術(shù)也正處在發(fā)展當(dāng)中。但是，IVI技術(shù)的一些固有缺陷也影響了儀器的互換性和實(shí)際應(yīng)用。
首先，雖然IVI在過(guò)去的幾年里取得了巨大的進(jìn)步，但是目前只發(fā)布了9個(gè)儀器類，這只是眾多儀器類中的一小部分<3>。另外，只有相對(duì)較少的硬件開發(fā)商支持IVI驅(qū)動(dòng)器<3>，這種限制成為了測(cè)試系統(tǒng)中采用IVI的主要障礙。雖然在IVI的基礎(chǔ)上又定義了IVI2MSS和IVI信號(hào)接口以支持更高層的儀器互換，但是IVI的固有缺陷也影響了它的靈活性。
其次，所有儀器的功能不能完全相同，因此，不可能建立一個(gè)單一的編程接口滿足不同儀器的所有要求。為了適應(yīng)這一需求，IVI基金會(huì)將儀器類規(guī)范分成基本功能和擴(kuò)展功能。前者定義了同類儀器中絕大多數(shù)儀器所共有的能力和屬性。后者則是更多地體現(xiàn)了每類儀器的許多特殊功能和屬性。但是，該結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)展功能影響了儀器互換性的實(shí)現(xiàn)。還有，NI作為IVI的積極響應(yīng)者，開發(fā)了基于虛擬儀器軟件平臺(tái)的IVI驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)和配置環(huán)境MAX.在MAX中需要配置的有四項(xiàng)： Devices、Instrument Drivers、Virtual Instruments、Logical Names.
雖然IVI宣稱自己是一個(gè)開放式體系結(jié)構(gòu)，但是其所提供的配置功能還很有限。儀器驅(qū)動(dòng)器的接口由IVI規(guī)范保證，沒有在配置環(huán)境中配置，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)少了靈活性。
基于開發(fā)式系統(tǒng)的儀器互換性實(shí)現(xiàn)為了克服IVI的缺點(diǎn)，并繼承其優(yōu)點(diǎn)以支持更廣泛的儀器互換性，本文提出了一種基于開放式體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)儀器互換性的方法，如所示。該體系結(jié)構(gòu)由四部分組成：面向信號(hào)儀器驅(qū)動(dòng)器、資源管理器、測(cè)試資源配置工具和模型庫(kù)組成。儀器驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)真實(shí)儀器的驅(qū)動(dòng)，儀器驅(qū)動(dòng)器的接口采用面向信號(hào)的定義方法，為實(shí)現(xiàn)不同儀器同類信號(hào)之間的互換奠定了基礎(chǔ)；資源管理器負(fù)責(zé)將TPS的信號(hào)需求映射到具體的儀器及儀器驅(qū)動(dòng)器接口，并對(duì)儀器驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行調(diào)度；資源配置工具負(fù)責(zé)ATE測(cè)試資源的修改與維護(hù)；模型庫(kù)保存系統(tǒng)的ATE測(cè)試資源信息，為資源管理器的資源匹配與儀器驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)調(diào)用提供依據(jù)。其中設(shè)備模型、配置模型和適配器模型為ATE硬件測(cè)試資源的描述，儀器驅(qū)動(dòng)器模型為面向信號(hào)儀器驅(qū)動(dòng)器接口的描述。
驅(qū)動(dòng)器所謂儀器驅(qū)動(dòng)器就是一組用于控制可編程儀器的軟件模塊。傳統(tǒng)的儀器驅(qū)動(dòng)器是由儀器開發(fā)商根據(jù)特定的儀器開發(fā)的，用以控制相應(yīng)儀器的配置、讀寫或觸發(fā)的一組函數(shù)集。儀器驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)極大的減輕了測(cè)試應(yīng)用開發(fā)的難度，開發(fā)人員不必去學(xué)習(xí)每一個(gè)儀器的編程協(xié)議，簡(jiǎn)化了儀器控制，減少了測(cè)試用的開發(fā)周期。
為了實(shí)現(xiàn)儀器驅(qū)動(dòng)器接口的面向信號(hào)和現(xiàn)有儀器驅(qū)動(dòng)器的重用，設(shè)計(jì)了儀器驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如所示。每個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)器包含如下兩種接口： IDriver接口和信號(hào)接口。其中每個(gè)儀器都應(yīng)當(dāng)繼承和實(shí)現(xiàn)IDriver接口，它負(fù)責(zé)儀器的初始化、自檢和基本的設(shè)置工作；信號(hào)接口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，不同儀器實(shí)現(xiàn)的相同信號(hào)功能應(yīng)該具有相同的信號(hào)接口，這樣就可以實(shí)現(xiàn)不同儀器之間信號(hào)接口的互換，而不僅僅是儀器之間的互換。為了利用已有的儀器驅(qū)動(dòng)器，可以采用包容和聚合等方法進(jìn)行復(fù)用。
所有的面向信號(hào)的儀器驅(qū)動(dòng)器都采用COM實(shí)現(xiàn)。COM軟構(gòu)件是一種接口定義良好、獨(dú)立可重用的二進(jìn)制代碼，軟構(gòu)件的典型特征是接口特性、封裝特性和重用性。此外，還具有多線程安全、數(shù)據(jù)共享機(jī)制、多平臺(tái)支持和便于版本升級(jí)等固有的特性，可以極大地提高軟件的性能及通用性和維護(hù)性<5>。
測(cè)試資源信息模型通常ATE測(cè)試資源信息模型包含三個(gè)部分，分別為：設(shè)備模型（DM）、適配器模型（AM）和配置模型（CM） ，它完整地描述了ATE硬件資源的信息以及資源之間的配置連接關(guān)系。其中，設(shè)備模型主要描述ATE設(shè)備的標(biāo)識(shí)及其性能；適配器模型描述ATE接口連接器之間、UUT接口連接器之間、ATE接口連接器與UUT接口連接器之間的連接關(guān)系；配置模型是ATE的邏輯模型，它描述了在該測(cè)試環(huán)境下設(shè)備之間的相互連接和通信<6>。該模型框架最先由ARINC提出，后來(lái)為IEEE所采用，并在IEEE Std 99321997中用TEDL語(yǔ)言進(jìn)行了描述。http://www.52lvi.cn
