1．6 IVI-Signal Interface

2000年，IVI基金會的Signal Interface工作組在TYX公司和HP公司的領(lǐng)域下開始制定IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)。它基于COM（Component Object Model）技術(shù)，是一系列COM組件的統(tǒng)稱。

在IVI-MSS模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)把原先的儀器控制命令轉(zhuǎn)化為測試信號的需求，把IVI-MSS Server功能接口進(jìn)一部封裝形成IVI-Signal Interface信號接口。這克服了“面向儀器”的TPS開發(fā)中存在的弊端，實(shí)現(xiàn)了更高層閃的儀器互換。信號接口的標(biāo)準(zhǔn)化增強(qiáng)了不同廠商儀器之間的互操作性，方便了代碼移植。同時，為儀器驅(qū)動器開發(fā)帶了巨大商機(jī)，提高了IVI信號組件的開發(fā)效率和質(zhì)量，有很看好的應(yīng)用前景。

綜上，當(dāng)前占主導(dǎo)地位的驅(qū)動器設(shè)計(jì)規(guī)范主要有兩種：VPP規(guī)范和IVI系列規(guī)范。兩種驅(qū)動器開發(fā)規(guī)范的共同點(diǎn)是均建立在IEEE 488.2和SCPI命令以及VISA庫之上，都包括接口和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)兩部分。不同點(diǎn)是前者已發(fā)展成熟，它以儀器本身的特征應(yīng)用于為中心，是功能驅(qū)動的，多由儀器生產(chǎn)商朝代，接口沒有嚴(yán)格的語義標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了儀器的即插即用，沒有實(shí)現(xiàn)儀器互換和軟件移植等功能；而后者建立在VPP之上，正入在發(fā)展完善之中，它面向UUT的測試需求，是需求驅(qū)動的，由測試系統(tǒng)集成人員或第三方軟件開發(fā)人員編寫，接口有嚴(yán)格的語義標(biāo)準(zhǔn)，部分地實(shí)現(xiàn)了儀器互換性和軟件移植性，并最終向著完全實(shí)現(xiàn)而努力。目前VPP規(guī)范已被多數(shù)廠家所采納進(jìn)行自己產(chǎn)品的驅(qū)動器開發(fā)，因此將在未來很長的一段時間內(nèi)占統(tǒng)治地位。但由于它在解決儀器互換性總題上無能為力，隨著IVI系列規(guī)范的進(jìn)一步完善，必將被其替代。

2 驅(qū)動器開發(fā)

根據(jù)以上驅(qū)動器設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展回顧及分析可知，驅(qū)動器開發(fā)也分為兩種類型：基于VPP規(guī)范的即插即用型驅(qū)動器開發(fā)和基于IVI系列規(guī)范的互換型驅(qū)動器開發(fā)。

2．1 即插即用型驅(qū)動器開發(fā)

開發(fā)基于VPP規(guī)范的即插即用型驅(qū)動器的過程分為兩步。第一是儀器驅(qū)動器外部接口的設(shè)計(jì)，它表示儀器驅(qū)動器如何與外部軟件接口，通常提供兩種方式的接口：程序式開發(fā)接口和圖形軟面板。軟件開發(fā)者通過程序式開發(fā)接口可以理解每個儀器驅(qū)動器函數(shù)的功能以及在應(yīng)用程序中如何調(diào)用每個函數(shù)、另一種接口方式是圖形化軟面板，通過這一軟面板可以直接操作控制物理儀器。第二是要完成儀器驅(qū)動器的內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)儀器的硬件功能。使用程序式開發(fā)接口的用戶了解了這一功能，可以在應(yīng)用程序中直接應(yīng)用這些模塊，而不必通過軟面板操作。

要完成第一項(xiàng)工作應(yīng)選用界面編輯功能較強(qiáng)的編程環(huán)境，減少儀器軟面板的開發(fā)時間；第二項(xiàng)工作通過調(diào)用VISA I/O庫中的函數(shù)來完成，編程語言按照VPP規(guī)程可以選用ANSI C、BASIC或者Ada等。選用合適的圖形軟件工具可以把這兩部分工作集成到一個環(huán)境下完成，省去兩部分的連接工作，例如NI公司的可視化軟件平臺LabWindows/CVI。CVI開發(fā)環(huán)境中兩部分組成：用戶界面設(shè)計(jì)器和源代碼編程器。

2.互換型驅(qū)動器開發(fā)

與即插即用型驅(qū)動器類似，基于IVI系列規(guī)范的互換型驅(qū)動器開發(fā)也包括兩部分。第一是分析測試系統(tǒng)的功能需求，以功能或信號的形式分類定義驅(qū)動器組件的接口。這些接口是對UUT測試需求的描述，有嚴(yán)格的主義標(biāo)準(zhǔn)，將不隨儀器種類和軟件類型而改變，是標(biāo)準(zhǔn)的，通用的。第二是驅(qū)動器組件接口的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，它被封裝在組件內(nèi)部，可以根據(jù)具體的開發(fā)工具和編程人員特長來開發(fā)，是非標(biāo)準(zhǔn)的、特殊的。

對于基于IVI系列規(guī)范的驅(qū)動器開發(fā)，目前還沒有專業(yè)的、IVI基金會指定的開發(fā)工具。但由于其采用COM技術(shù)，因此可以使用任何支持組件開發(fā)的編程平臺進(jìn)行開發(fā)。設(shè)計(jì)人員在理解技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上可以利用現(xiàn)有的圖形化編程工具（比如VC++、VB等）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

需要說明的是，IVI是介于VPP和IVI-MSS之間的一個過渡性規(guī)范，它既有IVI-C的C語言形式，也有基于COM的IVI-COM組件形式，并且接口的嚴(yán)格語義標(biāo)準(zhǔn)目前只發(fā)布了八類儀器的技術(shù)規(guī)范，因此可以根據(jù)具體情況選用相應(yīng)工具進(jìn)行開發(fā)。

3 發(fā)展趨勢

（1）信號型驅(qū)動器

由前面對IVI-Signal Interface標(biāo)準(zhǔn)的介紹可知，信號型驅(qū)動面向UUT的測試需求，是需求驅(qū)動的，符合當(dāng)前微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，而且實(shí)現(xiàn)了更高層次的儀器互換和互操作，通用性好。隨著面向信號的商業(yè)化虛擬儀器和互操作，通用性好。隨著面向信號的商業(yè)化虛擬儀器軟件開發(fā)平臺的不斷涌現(xiàn)，如PAWS、ATLAS 2K等，迫切需要給出標(biāo)準(zhǔn)化的軟件開發(fā)平臺與底層硬件模塊之間的接口，而信號型驅(qū)動器恰好實(shí)現(xiàn)了面向信號的TPS開發(fā)平臺與底層硬件模塊的完美對接。基于以上分析，信號驅(qū)動器將是虛擬儀器驅(qū)動器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的必然結(jié)果。

（2）網(wǎng)絡(luò)化驅(qū)動器

網(wǎng)絡(luò)的普及給各個行業(yè)都帶來了巨大沖擊，測試領(lǐng)域也不例外，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器和儀器網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)已成為當(dāng)前測試技術(shù)的一個研究熱點(diǎn)。而要想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制儀器就必須提供儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化驅(qū)動器或在現(xiàn)有儀器驅(qū)動器的基礎(chǔ)上添加網(wǎng)絡(luò)化功能?；诖?，VXI聯(lián)盟（VXI Consortium）提出了VXI-11規(guī)范，這個規(guī)范主要是對IEEE-488總線的擴(kuò)展，也就是通過TCP/IP發(fā)送IEEE-488總線命令。該擴(kuò)展的目的在于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的客房端通過網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場儀器通信并完成測試任務(wù)，并且對用戶來講好像在本地使用儀器一樣。隨著虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化驅(qū)動器將取得更大的發(fā)展空間。

（3）VISA兼容更多的接口類型

計(jì)算機(jī)接口技術(shù)不斷發(fā)展，涌現(xiàn)了許多商業(yè)化PC總線，如USB、Ethernet等，這也是影響虛擬儀器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于這些總線最初是為網(wǎng)絡(luò)PC和連接PC外設(shè)而設(shè)計(jì)的，要更方便地控制儀器，這些總線需要軟件構(gòu)架來簡化通信并與其他一起控制標(biāo)準(zhǔn)兼容。因此，需要對虛擬儀器驅(qū)動器標(biāo)準(zhǔn)框架VISA進(jìn)行擴(kuò)展。

（4）與商業(yè)TPS開發(fā)平臺“即插即用”

驅(qū)動器是連接計(jì)算機(jī)和物理儀器的中間環(huán)節(jié)，是虛擬儀器開發(fā)的重要資源，當(dāng)前的TPS開發(fā)平臺向著集成、高效、商家壟斷方向發(fā)展，如HP公司的VEE、NI公司的LabVIEW、LabWindows/CVI等。為了擴(kuò)展自己的市場空間和便于用戶開發(fā)使用，虛擬儀器硬件設(shè)計(jì)廠商或第三方軟件開發(fā)單位應(yīng)該提供與這些商業(yè)開發(fā)平臺“即插即用”的驅(qū)動器。同時，為了加強(qiáng)合作和簡化集成，商業(yè)TPS開發(fā)商也應(yīng)該給出與自己平臺兼容的驅(qū)動器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并提供相關(guān)技術(shù)支持。

（5）源代碼級開放式結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，從源代碼開放的角度來講，虛擬儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域存在三種驅(qū)動器類型：封閉黑盒型，封裝型和開放源代碼型。其中封閉黑盒型不提供對源代碼的訪問，不具備擴(kuò)展和編寫儀器新功能的能力；封裝型驅(qū)動可作為驅(qū)動器二次開發(fā)的原始接口或封裝器；而開放源代碼型驅(qū)動原生于相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境，提供對源代碼的完全訪問權(quán)限，經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)后能易于使用并具有集成的靈活性，能讓開發(fā)人員定制自己的功能需求，把開發(fā)觸解伸向了儀器設(shè)備的心臟地帶。

虛擬儀器的一個重要特點(diǎn)是硬件的功能由軟件來定制，而從某種層面上講，驅(qū)動器是儀器功能的描述和表達(dá)。當(dāng)前多種儀器硬件模塊開發(fā)廠商在發(fā)布自己的產(chǎn)品時，都把驅(qū)動器作為“黑盒子”來發(fā)布，這不利于客戶定制自己需要的功能和進(jìn)行二次開發(fā)。另一方面，由于軟件開發(fā)換代相當(dāng)迅速，這也給驅(qū)動器開發(fā)提供了新的要求。現(xiàn)在多數(shù)儀器驅(qū)動在向.NET平臺移植時都存在各種各樣的困難，而驅(qū)動器源代碼級開放是解決這些總是的前提，不僅如此，開放源代碼型驅(qū)動還能簡化與儀器硬件的連接，使開發(fā)人員不僅是驅(qū)動器的使用者而且是擁有者，因此，儀器驅(qū)動器采用開放源代碼式結(jié)構(gòu)將是一個重要的發(fā)展方向。

（6）可視化配置操作

可視化與完備的人機(jī)交互能力是現(xiàn)場代軟件開發(fā)的基本要求，作為虛擬儀器核心的驅(qū)動器在這方面應(yīng)能滿足客房的更高的需求。把軟件開發(fā)人員從繁重的代碼編寫任務(wù)中解脫出來，而把主要精力放在測試功能的實(shí)現(xiàn)上是驅(qū)動器設(shè)計(jì)迫切需要解決的問題。將儀器連接配置、編寫測試代碼、測試任務(wù)的組合設(shè)定等繁瑣工作轉(zhuǎn)變成好人機(jī)界面下的鼠標(biāo)操作，必將簡化虛擬儀器系統(tǒng)的集成開發(fā)。為此，在驅(qū)動器設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)了虛擬資源、虛擬通道等概念。它們把物理資源和通道的信息（比如量程、端口配置等）進(jìn)行封裝，通過友好的界面與開發(fā)人員進(jìn)行信息互交，實(shí)現(xiàn)了儀器控制的可視化配置操作。

（7）拓展應(yīng)用空間

儀器驅(qū)動器是計(jì)算機(jī)控制物理儀器設(shè)備的中間環(huán)節(jié)，隨著虛擬儀器的不斷發(fā)展，這一思想也拓展了嶄新的發(fā)展空間。驅(qū)動器越來越多地以“服務(wù)”的形式為測試程序提供功能調(diào)用。如IEEE 1451.4標(biāo)準(zhǔn)給模擬傳感器定義了電子數(shù)據(jù)表格并內(nèi)嵌于其中，測試系統(tǒng)或TPS開發(fā)平臺可以通過模擬傳感受器提供的數(shù)字接口讀取電子數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行配置，這在一定意義上也是驅(qū)動器應(yīng)用的新領(lǐng)域。使用基于IEEE 1451.4設(shè)計(jì)的智能傳感器可以簡化傳感器的連接過程，實(shí)現(xiàn)傳感器的“即插即用”和自動配置。ISP（Programmable in-system）技術(shù)在電子設(shè)計(jì)自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，基于此，NI公司提出的RIO（Reconfiguration I/O）技術(shù)完成了物理儀器的在線可編程控制，實(shí)現(xiàn)了用戶自定義硬件，是儀器驅(qū)動器概念的升華。