摘要：隨著測試和測量領域中計算機技術的不斷滲透，儀器系統中將更多地采用目前流行的總線類型，如通用接口總線(GPIB)和串行接口總線，以及新近出現的以太網、USB和IEEE 1394等通信總線，本文介紹這個領域的發展趨勢。
采用結構化的儀器系統可以很方便地將目前甚至將來的I/O總線集成在一起，因此可以很好地保護已有的軟硬件投資。提供這種通用結構的關鍵在于軟件。利用一些工業標準軟件如虛擬儀器軟件結構(VISA)和可互換虛擬儀器(IVI)可以將不同的I/O總線集成到一個系統中，并提供抽象層以升級到新的總線，而這一切對用戶來說是透明的。采用這種先進結構不僅可以使先期投資繼續發揮效能，還能在無需了解低層細節的基礎上充分利用最新技術。
利用現有常用總線來拓展連接性能
GPIB和RS-232串行總線一直是多年來被廣泛采用的通用I/O接口總線。儀器廠商在他們數千萬的儀器儀表中應用GPIB接口(主要用于儀表控制設備)的歷史已經有幾十年。調制解調器和打印機中廣泛應用的串行通信規范RS-232也同樣被廣泛用于各種儀表控制設備。這兩種接口的不同點在于：采用GPIB總線的每個控制器最多能夠控制14個儀器，而通過RS-232接口只能連接和控制一個設備。
新型總線的優越性能
最近越來越多的獨立式儀器開始采用以太網、USB或IEEE1394作為可選的通信接口。基于以太網的儀器控制設備利用了這種總線的獨一無二的優越性，比如可以實現對儀器的遙控，甚至不同用戶可以在不同地點實現對儀器的共享訪問。通過以太網實現對儀器的控制已有專用的協議(VXI-11)可供使用。
每種總線都有其特點。USB總線是一種即插即用型總線，主機可以對連接到這種總線上的設備進行自動檢測和自動配置，因此通過USB接口可以方便地將一些外圍設備如鍵盤和鼠標等連接到PC機上。由于目前USB接口已經成為PC機的標準配置，因此應用人員無需再去購買專用的控制器。另外值得一提的是，由于通過USB進行儀器控制還沒有現成的協議可以利用，因此需要從儀器制造商處獲得專門的處理設備。
IEEE1394是蘋果公司開發的一種高性能串行總線，雖然微軟的視窗98/2000支持該總線，但Inbbb的PC外圍芯片目前仍未配備支持該總線的電路，因此在大多數情況下PC機仍要采用IEEE1394控制器。IEEE1394行業協會已經定義了通過1394控制儀器所需的整套協議。
保護投資的橋
由于在采用新型總線方面儀器制造商總要比PC制造商來得慢，因此除了在儀器上直接增加新型總線外，橋的應用成為可行的第二種選擇方案。橋本身是一種硬件產品，它提供二種總線類型，主要完成總線間信號的轉換，因此原有設備利用橋就能方便地提供新型總線功能。橋能保護人們在硬件、軟件方面作出的投資，并能節省大量時間，因此成為一種較佳的透明解決方案。舉例來說，如果希望用“以太網到GPIB總線橋”替代GPIB插入式控制器，那么原來用于GPIB插入式控制器的那些代碼仍可以不作任何修改地加以利用。
創建靈活的軟件結構
A. VISA標準基礎知識
為了實現工業化軟件的兼容性，VXI即插即用系統聯盟開發了專用于I/O軟件的標準VISA。當該聯盟在1993成立之時，業界就存在許多與VXI、GPIB和串行接口有關的非標準實用商業I/O軟件。對于這些總線來說，VISA提供了一個公共的基礎平臺，用于高層多供應商系統軟件組件的開發、傳送與互通，比如儀器驅動器(driver)、軟面板以及應用軟件等。雖然VXI聯盟定義了這樣的VISA標準，但在實現具體的VISA程序的過程中，不同供應商有不同的實現方法。
由于VISA定義了用于儀器通信的應用編程接口(API)，因此當需要升級到新的接口總線或采用混合I/O系統時，可以很好地保護軟件方面的已有投資。比如NI-VISA標準就不僅能兼容VXI、GPIB和串行總線，還可兼容PXI和以太網接口。
B. 利用通口模型簡化VISA實現
過去的模型存在一個問題，那就是每個供應商設計的VISA標準都是針對廠商自身的控制器開發的，它們不能用于其它廠商的控制器產品。另外，為了適應新接口的需要，不得不安裝一套完整的VISA庫，有時，來自于不同供應商的VISA庫就不能兼容已有接口。
為了解決上述問題，國家儀器公司(NI)采用“通口(passport)”插入式模型重新開發了VISA標準，它對每種不同的總線定義了不同的通信端口或通口。核心VISA庫包含各種流行的高層VISA API，NI通口模型負責從核心VISA庫中分離出用于連接總線的專用通信裝置。采用這一模型后，每種不同的總線都需要通過相應的通口才能連接核心VISA引擎，因此在不影響現有接口的情況下能方便地提升新型總線的兼容性。
另外, 利用這一模型能夠實現多供應商和多接口系統。與其它仍依賴于組件對象模型(COM)技術的解決方案相比，多平臺ANSI-C技術仍將是這種通口模型的基礎。除了VISA目前所支持的接口類型外，NI公司承諾將在VISA中增加所有將流行于測試和測量設備的其它兼容性總線接口。
C. IVI的多功能性
IVI組織正在積極為建立在VISA基礎上的儀器驅動器(反映了底層通信細節的軟件模型)定義合適的標準，以期提供一個功能強大的高性能易用儀器通信協議。這些根據基本標準創建的儀器驅動器包含高層函數，如配置測量或讀取波形的函數，這些函數內部已包含了底層的VISA讀寫功能。結合VISA的功能特點，IVI提供了一種功能強大的體系結構，在此基礎上能夠較好地實現多供應商多平臺的混合I/O測試系統。
D. 軟件架構提高互連的性能
隨著多供應商多接口系統的普遍應用，人們急需一種能夠輕松處理這些系統以及能最大化軟件復用的軟件架構，而基于VISA的軟件架構恰好能滿足這方面的要求，并具有以下優點：
1. 可兼容多種連接總線，能方便地設計出包含新舊總線在一起的系統。另外，插入式模型還能提供升級到未來總線的最佳途徑，其中也可能包括藍牙技術。
2. 能夠有效地保護硬件投資，并且利用橋產品順利地將現有硬件合并到原系統中去。采用多接口結構后，無需更換所有儀器或等待它們提供新型總線功能就能輕松地使用新型總線技術。
3. 保護系統中技術含量最高的軟件投資。在應用橋產品升級到新的控制總線后，可以在不修改代碼的情況下控制原有設備。對于僅工作于新型總線的儀器來說，采用VISA的系統仍能照常工作。
4. 無需再學習過程。雖然采用新型總線對儀器進行編程可能需要設計人員學習全新的API技術，但類似的API仍能與VISA通口模型一起工作。
5. 能兼容目前最流行的儀器操作平臺。VISA API目前能很好地工作于bbbbbbs、Linux、Macintosh、Solaris等多種平臺。
本文總結
未來的測試系統將由測試硬件加上混合I/O接口組成。在系統的有效壽命期間，保護軟硬件投資的最佳途徑就是采用一個穩定的能夠與多供應商、多接口和多平臺系統協同工作的軟件架構。
：鞏經理
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：南京塞姆泵業有限公司
