多总线综合测试系统的虚拟仪器应用

师文江 潘峰 中国飞行试验研究院远方测试系统研究中心 710089

多总线综合测试系统的虚拟仪器应用

师文江 潘峰 中国飞行试验研究院远方测试系统研究中心 710089

测试系统是复杂多样的，往往无法只用一种硬件体系平台或者一种集成方式就能满足应用需求。而虚拟仪器技术正是从软件上解决复杂测试系统集成问题的办法。本文通过介绍虚拟仪器技术在多总线综合测试系统项目中的应用，反映了这种技术的灵活性和实用性。

虚拟仪器；测试系统；LabView；驱动程序；动态可编程技术

引言

在大型的测试系统当中，往往会遇到VXI、PXI、CompactPCI、VME等多总线系统，还有IEEE1394、GPIB、以太网、USB等多种接口。这么多种接口和总线，如何用软件来把它们集成起来实现应用功能呢？在这种多接口和多总线的前提下很难找到一种软件，能同时把整个系统所有的功能都控制起来。虚拟仪器技术正是为复杂集成环境提供的一种软件技术，它可以跨总线平台，且不论任何厂家的硬件产品都可以兼容，为测试系统提供了统一的软件编程环境。虚拟仪器技术的应用，既可以节约硬件成本，又缩短了开发周期，在测试、测量、工业自动化等场合都比较适用。以下是借助虚拟仪器技术实现的一种多总线综合测试系统，通过分析，阐明了这种技术的特点和优越性。

1 系统概述

1.1 系统的主要结构

系统主要结构如图1所示。

系统中所包括的测试设备如下：

PXI Bus测试系统包括：

多功能模拟量卡；

数字IO卡；

数字万用表卡；

多路复用卡；

电源开关卡；

光纤控制卡——用来和计算机通讯，并且传输数据。

Agilent 电源设备分别是：

正负5V或正负15V可选量程电源一个；

0～28V电源一个；

计算机内包括：

Mil-1553B采集卡；

ARINC429采集卡；

RS232接口。

1.2 系统测试目的

测试的目的是对用户提供的产品进行验收、检测，这些产品就是具备一定功能的板卡，包括：模拟量多组接口，开关量多组接口，RS232接口，Mil-1553B模块接口，Arinc429接口，还有各种电源过载性能的测试。系统是通过控制盒里的连接线缆和被测产品进行连接的，测试非常方便。系统在不下电的情况下，可以对多种型号的板卡进行验收，由软件来实现控制功能。

2 在LabView软件编译器下对硬件进行控制

从系统结构中看出，设备很多，如何才能把这些设备统一规划起来，合理的进行控制呢？这就要借助LabView虚拟仪器编译器对硬件底层进行良好的控制，再加上灵活、合理的组织程序结构，最后就能稳定地运行起来。

要想在LabView下实现对某种硬件设备的控制，就必须具备相应硬件设备的软件驱动程序。软件驱动程序一般是用光盘来承载的，当把它安装进操作系统之后，在LabView下就可以方便的对硬件进行控制了。不同的设备仪器由不同的厂商提供，每个厂家的软件驱动程序形式也是不一样的，所以可以按照厂家来对它们进行划分。以下就通过对软件驱动程序的介绍，来反映每种硬件在LabView下的加载和控制过程。

2.1 NI厂家驱动

PXI机箱和它内部的板卡是由National Instrument (NI)公司提供的。NI的大多数产品都有LabView下的驱动程序，而且对这些驱动进行了分门别类，不同功能的产品有不同类的软件驱动程序模块。另外，驱动程序还可以用来检测板卡功能，如NI Measurement & Automation Explorer(简称MAX)浏览器软件就是用来对板卡功能进行检测的。以下对多种NI板卡的驱动进行介绍：

(1)光纤接口卡驱动：

PXI设备是一个完整的机箱，它通过采用MXI协议标准，实现了PXI设备和计算机主机之间的通讯，计算机可以通过一根光纤控制PXI机箱内的板卡。安装好MXI驱动以后，PXI机箱内的板卡就都被映射到计算机系统中了，所以光纤接口卡驱动相当于这些板卡和计算机的通讯桥梁。在安装好驱动以后，MAX浏览器就可以显示所有可检测到的设备了，浏览器界面如图2所示。

(2)NI DAQ驱动：

NI DAQ驱动是Data Acquisition Device的简写，它是NI多种数据采集卡的驱动程序总称。在本系统中DAQ驱动支持以下板卡：多功能模拟量卡和数字IO卡。NI DAQ驱动加载进操作系统之后，对相应板卡的编程控制就变得非常容易和方便，图3是模拟量采集卡在LabView下的程序结构。

(3)NI Switch驱动：

通常开关控制卡可以控制开关通断，NI Switch驱动程序涵盖了NI厂家的许多开关控制板卡，在本系统中它为以下板卡提供驱动程序：多路复用卡和电源开关卡。

(4)NI DMM驱动：

NI DMM驱动是 NI Digital Multimeter的简写，它支持数字万用表卡；安装驱动以后，可程序控制万用表卡的配置、选取和检测。

2.2 Agilent厂家的VISA驱动

VISA的全称是Virtual Instrument Standard Architecture，它起源于VXI Play&Plug(即插即用)设备的驱动程序规范，很多测试仪器厂家都利用它作为设备驱动程序的标准，后来逐渐发展成一种通用的虚拟仪器标准，专门用于控制设备和编程。Agilent 采用VISA标准生成了很多可编程控制接口形式的驱动程序，其中GPIB接口也采用这种编程控制方式，用简单的函数就可以满足要求了。本系统中，两个Angilent电源设备采用的都是VISA标准驱动。

2.3 1553卡驱动

Mil-1553B板卡是美国某厂家的产品，它自带LabView下的驱动程序；并且提供各种 LabView下的1553程序控制模块，如BC模块，BM模块，RT模块等。开发人员可以灵活的调用程序模块，然后组合成所需要的功能。

2.4 429卡驱动

ARINC429板卡是国内某厂家的产品，它被提供了完整的Windows下编程的驱动程序，并支持C语言编程。它的接口函数可以通过DLL动态链接库的形式在LabView下加载调用。

2.5 LabView串口驱动

计算机通用串口COM接口，LabView本身自带它的驱动，它属于LabView VISA驱动程序。

3 动态可编程技术的应用

以上驱动程序的加载过程体现了虚拟仪器对设备的良好控制属性，另外虚拟仪器技术在编程的灵活性上也是很有优势的，动态可编程技术正是反映了这一点。

VI Server是LabView的一种动态可编程技术，它可以在程序模块(VI)执行时，动态的改变它的属性或执行某些特殊功能，这样就大大增强了程序的可控制性。

在本系统中，对程序模块VI的界面属性进行了动态控制，合理编制了程序界面的显示，不仅保证了正常的界面显示，而且实现了操作的灵活性。系统软件的显示规则是这样的：新的界面显示时——自动关闭上一级界面，当前界面关闭时——自动弹出上一级界面。通过这种控制，程序在运行时始终只有一个界面面对用户，使显示简单而且清晰。

4 与其它编程平台的兼容性

在LabView下有多种方式实现数据库功能，选择用代码形式实现是最好且最稳定的方式，例如选择C语言编码，可以在Visual C++中编程，然后再加载进LaView中。以代码方式编程时，可以借助动态链接库DLL模式和ActiveX控件形式在LabView中进行调用。LabView不仅能够和微软的.NET平台建立起良好的交互模式，并且支持C语言编程和DLL程序模块加载。代码编程功能的支持，体现了LabView 和其他编译器的良好兼容性。本系统中数据库应用，就是借助C语言编码，然后再和LabView中的数据进行交互，这种方式大大提高了查询速度。

系统中的Excel报表功能和数据库有些类似，也是用VC++来编码，然后以动态链接库的形式在LabView 中进行调用。只要考虑好数据交互的格式，在LabView中调用动态链接库是非常方便的。

5 整体控制软件的实现

整个软件无论从界面美观性，使用的实用性和灵活性方面，还是从硬件的功能方面都能满足用户的要求。正是LabView强大的硬件控制功能和灵活的图形化编程功能，使整个系统不管是从基本功能还是美观性上都取得了较满意的效果。以下是整个系统的功能结构图，从图上体现了系统所实现的主要功能。

6 结论

以上系统最复杂的地方在于驱动程序的加载，最困难的环节是数据库管理功能，但是通过虚拟仪器技术完整的将硬件控制功能和软件管理功能融合在了一起，而且开发过程即灵活又方便；另外借助井井有条的程序结构，又保证了系统的稳定性。在后期的项目实施中，由于需要对某些功能进行反复的修改，所以给最终验收带来了一定的困难。在已经编制好的程序上对代码进行修改是较难的，但是由于虚拟仪器程序有稳定的程序结构，无论修改过程多复杂，并不影响程序的稳定性，从而使整个项目最终能够顺利的完成。可见，本系统通过采用虚拟仪器技术的集成方式不仅节省了开发时间，而且也为以后功能的修改和扩展提供了保障。因此虚拟仪器技术在测试系统集成上不失为一种可靠、实用的开发技术。

[1]林君，谢宣松等著.虚拟仪器原理及应用.科学出版社.

[2]蒋荣华，吴西北.USB-GPIB控制器的VISA设计与实现.中国测试技术.2007年7月第32卷第4期；

[3]孙亚飞，梁斌. LabView开发环境对C代码的移植方法研究.测控技术.2010年2月第29卷.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.057