作者：劉金寧 崔少輝 陳德祥

        摘要：驅(qū)動器是連接虛擬儀器物理硬件和測試應(yīng)用程序的橋梁和紐帶，回顧了虛擬儀器驅(qū)動器技術(shù)規(guī)范的發(fā)展歷程。在分析規(guī)范的基礎(chǔ)上給出了兩種驅(qū)動器設(shè)計類型，預(yù)測了其今后的發(fā)展趨勢。分析了驅(qū)動器發(fā)展過程中的相關(guān)支撐技術(shù)，論述了我國的研究現(xiàn)狀，指出基于組件技術(shù)的信號型驅(qū)動器設(shè)計是虛擬儀器驅(qū)動器的發(fā)展方向。

        關(guān)鍵詞：虛擬儀器 驅(qū)動器 信號接口 COM 軟件工程

        計算機在測試和自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用，導(dǎo)致了儀器“驅(qū)動器”概念的誕生，驅(qū)動器又稱驅(qū)動程序。儀器驅(qū)動器是介于計算機與儀器硬件設(shè)備之間的軟件中間層，由函數(shù)庫、實用程序、工具套件等組成，是一系列軟件代碼模塊的統(tǒng)稱。它駐留在計算機中，是連接計算機和儀器的橋梁和紐帶。采用驅(qū)動器可以使計算機有能力控制物理儀器設(shè)備，隨著VXI、I等標準總線的出現(xiàn)，開創(chuàng)了測試系統(tǒng)發(fā)展的嶄新空間——虛擬儀器（Virtual Instruments）。虛擬儀器代表著從傳統(tǒng)硬件為主的測試系統(tǒng)到以軟件為中心的測試系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變。

        1 技術(shù)規(guī)范回顧

        計算機在測試領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)歷了總線型儀器、PC儀器、虛擬儀器等不同的發(fā)展階段。伴隨著這一過程，儀器驅(qū)動器技術(shù)規(guī)范以通用性為基本出發(fā)點，儀器互換性和互操作規(guī)程性以及軟件移植性為根本指導(dǎo)原因，從最初的IEEE-488.2、SCPI（Standard Command for Programming Instrument）發(fā)展到現(xiàn)在的IVI-MSS（Measurement and Stimulus Subsystem）、IVI-Signal Interface,已經(jīng)走過了艱辛而漫長的歷程。它們建立在Windows操作系統(tǒng)驅(qū)動程序設(shè)計模式VxD和WDM（Windows Driver Model）之上，并融入了儀器操作的具體內(nèi)容。

        1．1 IEEE 488.2

        IEEE-488是1975年由IEEE發(fā)布的一個重要的儀器控制總線標準。IEEE-488.1定義了計算機和儀器之間的硬件接口規(guī)范；IEEE-488.2定義了TPS（Test Program Set）和儀器之間的軟件接口規(guī)范。IEEE-488.2規(guī)定了數(shù)據(jù)代碼和格式，用一組公用命令和協(xié)議定義了測試系統(tǒng)中控制器和儀器之間的通信標準，共有39條，這些命令提供了儀器的內(nèi)部管理功能。IEEE-488.2沒有嚴格的語義定義，同樣的功能不同廠商要用不同的命令來實現(xiàn)，而且這一標準儀適合于GPIB類儀器，通用性、互換性很差。

        1.2 SCPI

        IEEE-488.2沒有涉及為了提供測量和激勵所必需的命令。1990年，在IEEE-4888.2標準和IEEE-754標準之上，制定了SCPI標準。它通過指定一組通用控制命令來實現(xiàn)對多類儀器的相同控制。在儀器功能嚴格匹配（如具有相同的精確度、測量范圍等）的前提下，可實現(xiàn)互換，擴展了儀器互換的空間。然而，這種互換性限制了儀器生產(chǎn)廠家對儀器功能的擴展，實用性差，加上SCPI編程的復(fù)雜性，通用性、互換性水平較低。

        1.3 VPP

        1993年，VPP（VXI Plug & Play）系統(tǒng)聯(lián)盟發(fā)布了VPP規(guī)范，該規(guī)范定義了系統(tǒng)的框架、軟件接口、軟件環(huán)境和儀器驅(qū)動器模型。它把與儀器的底層通信封裝成一些高層函數(shù)，執(zhí)行儀器的控制功能。VISA（Virtual Instrument Software Architecture）作為底層I/O庫，是這一時期的主要成果。它不區(qū)分儀器的種類，用一組通用函數(shù)實現(xiàn)驅(qū)動器功能，通用性得到了很大加強。然而，跟IEEE-488.2類似，VPP驅(qū)動器接口仍沒有嚴格的語義標準，儀器廠商可以根據(jù)自己的特長進行開發(fā)，這使得驅(qū)動器產(chǎn)品的接口不統(tǒng)一，儀器互換性仍沒有最終實現(xiàn)。

        1.4 IVI

　為了實現(xiàn)儀器互換和互操作，1998年成立了IVI（Interchangeable Virtual Instruments）基金會，討論開發(fā)可互換儀器驅(qū)動模型，旨在對硬件互換、運行性能、發(fā)展彈性、質(zhì)量保證等驅(qū)動器問題進行規(guī)范。

        IVI模型是IVI基金會在VPP技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上制定的一種驅(qū)動器設(shè)計標準。它通過定義類驅(qū)動器和專用驅(qū)動器（獨立的軟件層）并增加儀器儀真、狀態(tài)緩存、量程監(jiān)視等機制實現(xiàn)了部分通用儀器之間的互換，提高了測試程序的開發(fā)效率。

        然而，面向儀器互換的虛擬儀器設(shè)計目標，IVI模型仍然存在以下不足：

        1）只適合同