虛擬儀器：開放架構(gòu)基礎(chǔ)上創(chuàng)建用戶定義
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將圖標(biāo)連接在一起創(chuàng)建出框圖就可以決定虛擬儀器的行為，這也是科學(xué)家和工程師們較為自然的設(shè)計(jì)理念。通過圖形化編程可以比傳統(tǒng)編程更快地開發(fā)出系統(tǒng)，同時(shí)還能保留創(chuàng)建各種不同應(yīng)用所需的功能和靈活性。
虛擬儀器在工程過程中的各個(gè)階段(從研究、設(shè)計(jì)到制造測試)都具有巨大的優(yōu)勢。
在研究和設(shè)計(jì)階段，工程師和科學(xué)家需要快速的開發(fā)和原型建立能力。而利用虛擬儀器可以快速開發(fā)程序，并在同一個(gè)儀器上測試原型、分析結(jié)果，所需時(shí)間只是傳統(tǒng)儀器測試時(shí)間的很少一部分。
研發(fā)(RD)應(yīng)用要求無縫地集成軟件和硬件。不管是否需要通過GPIB與一臺獨(dú)立的儀器相連，是否需要通過數(shù)據(jù)捕獲板和信號調(diào)節(jié)硬件將信號直接送入計(jì)算機(jī)，LabVIEW都能非常簡捷地將軟硬件連接起來。利用虛擬儀器可以使測試流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，消除可能的手工操作錯(cuò)誤，而且由于不會引起未知或預(yù)料之外的變化，因此可以確保結(jié)果的一致性。
開發(fā)測試和可用性
利用虛擬儀器的靈活性和強(qiáng)大功能可以很容易地建立復(fù)雜的測試過程。針對自動(dòng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證測試，用戶可以在LabVIEW中建立測試?yán)蹋⑴c測試管理軟件整合在一起，比如與具有強(qiáng)大測試管理功能的TestStand整合在一起。
減少測試時(shí)間和簡化測試過程的開發(fā)是制造測試中最基本的努力目標(biāo)，而虛擬儀器提供的高性能則可以滿足這些要求。這些基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的工具具有能夠并行運(yùn)行多重測試序列的高速、多線程引擎，因此可以完全滿足嚴(yán)格的吞吐量要求。NI公司的TestStand能夠在用LabVIEW編寫的例程基礎(chǔ)上非常方便地管理測試序列、測試執(zhí)行和測試報(bào)告。
圖2. LabVIEW虛擬儀器框圖
制造應(yīng)用要求軟件必須是可靠的、高性能的和可互操作的。虛擬儀器具有所有這些優(yōu)勢，它集成了諸如告警、歷史數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢、安全、組網(wǎng)、工業(yè)I/O和企業(yè)互連等性能。用戶可以利用這些功能方便地連接許多類型的工業(yè)設(shè)備，如PLC、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、分布式I/O以及插入式數(shù)據(jù)捕獲板。
虛擬儀器不止是個(gè)人計(jì)算機(jī)
近來商用PC技術(shù)已經(jīng)開始向嵌入式系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，例如用于嵌入式開發(fā)的Windows CE、基于Intel x86的處理器、PCI和CompactPCI總線和以太網(wǎng)技術(shù)等。為了體現(xiàn)成本和性能的優(yōu)勢，虛擬儀器采用的也是商用技術(shù)，這些商用技術(shù)同樣也在增加嵌入式和實(shí)時(shí)功能。例如，LabVIEW既可運(yùn)行于Linux，也可針對特殊嵌入式目標(biāo)運(yùn)行于VenturCom提供的嵌入式ETS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。如將虛擬儀器用作從臺式機(jī)擴(kuò)展到嵌入式設(shè)備的可升級框架，那么應(yīng)該把虛擬儀器看作是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者的完整工具箱中的工具之一。
顯著影響嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)變化是網(wǎng)絡(luò)和Web。以太網(wǎng)已經(jīng)成為全球各個(gè)公司使用的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。此外，PC領(lǐng)域中Web接口的普及也已經(jīng)漫延到了蜂窩電話、PDA以及目前的工業(yè)數(shù)據(jù)捕獲和控制系統(tǒng)的開發(fā)。
由于虛擬儀器軟件可以利用交叉平臺編譯技術(shù)將臺式和實(shí)時(shí)系統(tǒng)整合在一個(gè)開發(fā)環(huán)境中，用戶現(xiàn)在就可以利用內(nèi)置Web服務(wù)器和臺式軟件的易用網(wǎng)絡(luò)功能，并將它移植至實(shí)時(shí)和嵌入式系統(tǒng)中。例如，可以利用LabVIEW簡單地配置內(nèi)置Web服務(wù)器，并向網(wǎng)絡(luò)上定義好的安全機(jī)器輸出windows上的應(yīng)用接口，然后通過該接口下載應(yīng)用并運(yùn)行于手持機(jī)中的傻瓜式嵌入式系統(tǒng)上。整個(gè)過程無需嵌入式系統(tǒng)所要求的額外編程。
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是發(fā)展最快的工程領(lǐng)域之一，在可預(yù)見的未來將繼續(xù)得到發(fā)展，因?yàn)橄M(fèi)者需要更聰明的汽車、設(shè)施、家用設(shè)備等等。這些商用技術(shù)的革新將有力地推進(jìn)虛擬儀器的普及。提供虛擬儀器軟件和硬件工具的領(lǐng)先企業(yè)需要在專業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)上加大投資，以更好地服務(wù)這一領(lǐng)域。例如針對NI旗艦產(chǎn)品虛擬儀器軟件平臺LabVIEW，NI公司描繪的發(fā)展前景是這樣的：從針對臺式操作系統(tǒng)的開發(fā)向嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)、向手持式個(gè)人數(shù)字助理、向基于FPGA的硬件、甚至向智能傳感器轉(zhuǎn)移。
集成在一起的軟硬件、靈活的模塊化工具、商用技術(shù)的使用等一系列虛擬儀器概念共同形成了一個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)，在該架構(gòu)上工程師或科學(xué)家們可以快速完成他們的系統(tǒng)開發(fā)并維持很長一段時(shí)間。由于虛擬儀器可以在嵌入式開發(fā)中提供許多可選項(xiàng)和功能，因此非常有助于嵌入式開發(fā)者理解和閱覽這些工具。
本文小結(jié)
虛擬儀器采用了越來越先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以在開放架構(gòu)基礎(chǔ)上創(chuàng)建用戶定義的系統(tǒng)。這一概念不僅可以確保用戶遠(yuǎn)離供應(yīng)商定義的系統(tǒng)，還可確保今天的系統(tǒng)能夠平滑得到升級以滿足明天的需求。
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