LabWindows/CVI儀器驅(qū)動程序的開發(fā)

1引言

在BC3192測試程序的開發(fā)過程中，最復(fù)雜的是儀器驅(qū)動程序的開發(fā)。同VXI總線間進(jìn)行的每一步聯(lián)系和操作，都少不了儀器驅(qū)動程序的幫助。

用Labwindows/CVI（以下簡稱Labwin）軟件可以開發(fā)出儀器的驅(qū)動程序。這主要是因為Labwin具有一部分通用的儀器設(shè)備驅(qū)動庫。有了它們，用戶可以比較容易地開發(fā)出幾個系列的總線兼容設(shè)備驅(qū)動程序。如RS?232儀器驅(qū)動系列、GPIB儀器驅(qū)動系列、VXI總線系列驅(qū)動程序，還有一些典型的特定驅(qū)動程序的實例，如Fluke45Digital Multimeter(VISAI/O)（Fluke45數(shù)字型萬用表）、Hewlett?Packard34401AMultimeter(VISA)（惠普34401A型萬用表）等。

一個典型的驅(qū)動程序由4部分組成。

第一部分是主程序，主要是由＊.lib，＊.obj，＊.dll或＊.c文件組成。

第二部分是包含文件（＊.h），包括函數(shù)功能的定義，常量的聲明以及全局變量的聲明。

第三部分是設(shè)備功能面板部分（＊.fp），包括樹狀功能信息定義。

第四部分是由ASCII碼構(gòu)成的幫助文件（＊.doc），它包括指導(dǎo)用戶的詳細(xì)驅(qū)動程序幫助。

2儀器驅(qū)動程序的操作

對用戶來說，驅(qū)動程序完成一種或多種儀器功能，整個驅(qū)動程序庫由多組程序有選擇地構(gòu)成。在Labwin的編程環(huán)境中選取儀器菜單，再從菜單中選取一個設(shè)備。這時將從屏幕中彈出一個功能面板，功能面板顯示儀器的一些交互控制。函數(shù)調(diào)用自動生成的功能也隨之加入整個應(yīng)用程序。即使不提供功能面板，也能以手工方式進(jìn)行驅(qū)動函數(shù)的調(diào)用?？偟貋碚f，設(shè)備驅(qū)動程序包括用以執(zhí)行高級設(shè)備相關(guān)任務(wù)的功能函數(shù)。當(dāng)用戶把功能函數(shù)包含到程序中后，即使不了解設(shè)備的編程協(xié)議，也可以控制一個儀器正常運轉(zhuǎn)。對它們的應(yīng)用，可以在很大程度上減輕編程人員的負(fù)擔(dān)。它們可以在軟件開發(fā)中形成模塊化，并大大提高軟件的易用性和可維護(hù)性。

3LabWindows/CVI開發(fā)驅(qū)動程序的優(yōu)勢

Labwin中設(shè)備的驅(qū)動程序是比傳統(tǒng)概念中的驅(qū)動程序更高一層的概念。他們免去了編程人員頻繁地同I/O端口打交道。它是放入用戶應(yīng)用程序的一種高層的軟件功能。它不僅完全適用于目前各種標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備，而且可對一大批老的儀器設(shè)備提供支持。

所有的Labwin應(yīng)用的驅(qū)動程序，傳遞時在可能的情況下都伴有源碼，并且很多都有完整的幫助文件。它們都是在Labwin的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)環(huán)境下開發(fā)的，用戶可以根據(jù)具體情況改造自己的程序，使它們更加強(qiáng)大并對自己的應(yīng)用程序有更大的彈性。

開發(fā)儀器驅(qū)動程序包括外部接口模塊和內(nèi)部設(shè)計模塊。

3.1外部接口模塊

外部接口模塊如圖1所示。

功能主體：設(shè)備驅(qū)動的代碼部分

程序員交互接口：圖形化的編程助手，把交互控件狀態(tài)轉(zhuǎn)化為代碼

程序員編程接口：調(diào)用各種函數(shù)

子程序接口：調(diào)用其它軟件模塊

3.2內(nèi)部設(shè)計模塊

內(nèi)部設(shè)計模塊如圖2所示。

功能主體：設(shè)備驅(qū)動的代碼部分。包括初始化（包括結(jié)構(gòu)復(fù)位、自檢等）、設(shè)置函數(shù)（用一個軟件程序集來實現(xiàn)相應(yīng)功能。各種設(shè)備都有特定的設(shè)置函數(shù)。）、動作/狀態(tài)函數(shù)（動作函數(shù)使儀器開始和停止測試，狀態(tài)函數(shù)可獲得儀器操作當(dāng)前和即將出現(xiàn)的狀態(tài)。）、數(shù)據(jù)函數(shù)（向儀器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)）、終結(jié)函數(shù)（終結(jié)同儀器間的連接并釋放系統(tǒng)資源）、應(yīng)用程序函數(shù)（高級面向測試和功能函數(shù)）。

4儀器驅(qū)動程序的設(shè)計

4.1設(shè)計原則

在設(shè)計之前，必須進(jìn)行驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計，因為如果驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)比較明了，會使程序員設(shè)計應(yīng)用程序時更有條理。

其次，一定要把設(shè)計的驅(qū)動程序基于一個已設(shè)計好的核心驅(qū)動程序（即Labwin自帶的驅(qū)動程序庫）、或者是由一個核心驅(qū)動程序演化出來的驅(qū)動程序。

最后，以一個明確的步驟來編寫你的儀器驅(qū)動程序（將在后面介紹）。

4.2設(shè)計步驟

（1）命名這個驅(qū)動程序。

（2）定義這個驅(qū)動程序的功能和類。

（3）建立一個驅(qū)動程序的功能樹。在Labwin中的功能樹都以＊.fp模式存儲，并在引用時以層次化形式出現(xiàn)，并且在各分支功能上加幫助信息。

（4）對于程序中的每個函數(shù)：

——對于函數(shù)的參數(shù)定義包括變量類型、變量范圍、錯誤代碼等相關(guān)信息；

——在功能面板上實現(xiàn)新功能的創(chuàng)建，包括對功能面板和其中各個控件的幫助信息；

——為執(zhí)行功能函數(shù)寫代碼；

——檢驗代碼執(zhí)行效果。

（5）為最終的設(shè)備源程序創(chuàng)建包含文件，包括函數(shù)定義和常量聲明。

4.3兩個輔助工具介紹

（1）功能樹的編輯器

用圖3所示的是功能樹編輯器，可以靈活地添加和刪除各種函數(shù)，可從各個分支進(jìn)入具體的函數(shù)定義功能面板編輯器。

圖4所示的功能面板編輯器，可以控件的形式描述諸如函數(shù)參數(shù)、返回值、參考說明等函數(shù)的相關(guān)信息。隨著各種控件的加入，相應(yīng)的源代碼也被實時地翻譯在面板下方的文本框中。

4.4自定義的數(shù)據(jù)類型

控件的使用方法相當(dāng)簡單，只需補(bǔ)充常說的可移植性問題，這一點同數(shù)據(jù)的定義是分不開的。Labwin對于驅(qū)動程序開發(fā)有自己專門的一套數(shù)據(jù)類型，它們可以精確地定義參數(shù)的類型和大小，而且它們具有很好的可移植性。各種定義如表1所示。

表1各種定義

4.5函數(shù)定義的方法驅(qū)動程序函數(shù)調(diào)用的返回值也與眾不同，VISA/IO（Labwin中的虛擬設(shè)備接口）定義了一種非常有用的調(diào)用設(shè)備函數(shù)時使用的宏，如表2所示。[!--empirenews.page--]

因為沿用了在Pascal語言中調(diào)用在DLL程序驅(qū)動的習(xí)慣，當(dāng)用戶在Labwin的環(huán)境調(diào)用用戶定義函數(shù)時，把宏_VI_FUNC（表示任何用戶函數(shù)）翻譯成_pascal，而使用外部編譯器編譯時，則把宏解釋成_far_pascal_export。同樣在Labwin中,_VI_FAR（表示用戶函數(shù)中任何的數(shù)組參數(shù)和輸出變量）被翻譯成空，而用其它編譯程序時，被翻譯成_far。

如下面這個函數(shù)：

ViStatus_VI_FUNCtek2430a_read_waveform(ViSessioninstrSession,

ViReal64_VI_FARwvfm[],

ViReal64_VI_FAR＊xin,

ViReal64_VI_FAR＊trig_off);

在LabWindows/CVI環(huán)境時，表示為：

ViStatus_pascaltek2430a_read_waveform(ViSessioninstrSession,

ViReal64wvfm[],

ViReal64＊xin,

ViReal64＊trig_off);

而在其它編譯環(huán)境下，表示為：

ViStatus_far_pascal_exporttek2430a_read_waveform(ViSessioninstrSession,

ViReal64_farwvfm[],

ViReal64_far＊xin,

ViReal64_far＊trig_off);

5在BC3192測試程序中的應(yīng)用實例

VXI的設(shè)備驅(qū)動程序包括以下幾個主要功能。首先是分配設(shè)備的地址指針，這需要定義動態(tài)鏈接庫的代碼段和數(shù)據(jù)段為可移動和可刪除，因為要用基指針指向每一個I/O動作，所以代碼段和數(shù)據(jù)段是不定的；其次是VXI總線寄存器的寫入和讀取動作，這些操作需要我們使用剛得到的設(shè)備地址指針；再次是向緩存中讀取和寫入信息。另外，還有初始化，以及系統(tǒng)固定延遲時間等一系列功能。

在BC3192的測試程序中，結(jié)合Labwin自帶的VXI總線的設(shè)備驅(qū)動程序，編寫了一個簡單的VXI驅(qū)動程序。它存于程序的根目錄中，有4個支持文件，分別是vxirw.c、vxirw.dll、vxirw.h以及vxirw.lib。在我們的程序中，由于考慮到工作的效率，決定使用在VisualC＋＋1.5的編譯環(huán)境下，編譯vxirw.c和vxirw.h程序，生成vxirw.dll及vxirw.lib的高效方法。這是由于Labwin使用一種LCC內(nèi)建解釋器對程序進(jìn)行解釋，其效率遠(yuǎn)不如直接使用動態(tài)鏈接庫方便。用VC編譯器編譯的動態(tài)鏈接文件，可以在Labwin的函數(shù)中方便地進(jìn)行調(diào)用。而且其效率同VC自身的調(diào)用不相上下。

如下面代碼所示，正是使用了剛才所表示的函數(shù)調(diào)用方法。

voidFARPASCAL__export__loaddsReadReg(UINTLa,UINTOffset,UINTFAR＊Data)

/＊這是用于讀取總線寄存器的函數(shù)。＊/

{

/＊＊Data=(UINT)(＊(pPointer＋La＊32＋Offset/2));＊/

/＊gettheaddresspointer＊/

GetPointer(La);/＊調(diào)用La全局變量取得寄存器地址＊

/＊readregister＊/

＊Data=(UINT)(＊(pPointer＋Offset/2));/＊把寄存器中的值通過偏移地址取出＊/

/＊freetheselector＊/

FreeSelector(wSelector);/＊釋放在取寄存器的值時所用到的字選擇臨時變量。＊/

}

程序的調(diào)用要熟悉大量硬件的特性，不屬于軟件總體設(shè)計之列，在此不再介紹。

6結(jié)論

Labwindows這種以C語言為中心的編程方式有其優(yōu)勢，所帶的C語言的功能比較靈活，而又便于開發(fā)一些大型的工程。它的類庫的功能又可以開放地進(jìn)行擴(kuò)充，使系統(tǒng)的功能得到進(jìn)一步增強(qiáng)。相對地，新型編程方式只能在固定的自帶環(huán)境中運行，而且在表達(dá)復(fù)雜關(guān)系時，流程圖的聯(lián)系方式有很大的局限性。所以，Labwindows的編程方式在一段時間內(nèi)將仍然擁有其地位。而今后的發(fā)展很可能是把兩種編程方法進(jìn)行集成，使我們在建立流程圖后可以生成大部分程序代碼，而細(xì)微的地方又可以進(jìn)行C語言的調(diào)整。這樣，我們的編程人員將擁有更方便的編程工具。