采用计算机技术的混合I/O测试系统发展趋势

摘要：随着测试和测量领域中计算机技术的不断渗透，仪器系统中将更多地采用目前流行的总线类型，如通用接口总线(GPIB)和串行接口总线，以及新近出现的以太网、USB和IEEE 1394等通信总线，本文介绍这个领域的发展趋势。

采用结构化的仪器系统可以很方便地将目前甚至将来的I/O总线集成在一起，因此可以很好地保护已有的软硬件投资。提供这种通用结构的关键在于软件。利用一些工业标准软件如虚拟仪器软件结构(VISA)和可互换虚拟仪器(IVI)可以将不同的I/O总线集成到一个系统中，并提供抽象层以升级到新的总线，而这一切对用户来说是透明的。采用这种先进结构不仅可以使先期投资继续发挥效能，还能在无需了解低层细节的基础上充分利用最新技术。

利用现有常用总线来拓展连接性能

GPIB和RS-232串行总线一直是多年来被广泛采用的通用I/O接口总线。仪器厂商在他们数千万的仪器仪表中应用GPIB接口(主要用于仪表控制设备)的历史已经有几十年。调制解调器和打印机中广泛应用的串行通信规范RS-232也同样被广泛用于各种仪表控制设备。这两种接口的不同点在于：采用GPIB总线的每个控制器最多能够控制14个仪器，而通过RS-232接口只能连接和控制一个设备。

新型总线的优越性能

最近越来越多的独立式仪器开始采用以太网、USB或IEEE1394作为可选的通信接口。基于以太网的仪器控制设备利用了这种总线的独一无二的优越性，比如可以实现对仪器的遥控，甚至不同用户可以在不同地点实现对仪器的共享访问。通过以太网实现对仪器的控制已有专用的协议(VXI-11)可供使用。

每种总线都有其特点。USB总线是一种即插即用型总线，主机可以对连接到这种总线上的设备进行自动检测和自动配置，因此通过USB接口可以方便地将一些外围设备如键盘和鼠标等连接到PC机上。由于目前USB接口已经成为PC机的标准配置，因此应用人员无需再去购买专用的控制器。另外值得一提的是，由于通过USB进行仪器控制还没有现成的协议可以利用，因此需要从仪器制造商处获得专门的处理设备。

IEEE1394是苹果公司开发的一种高性能串行总线，虽然微软的视窗98/2000支持该总线，但Intel的PC外围芯片目前仍未配备支持该总线的电路，因此在大多数情况下PC机仍要采用IEEE1394控制器。IEEE1394行业协会已经定义了通过1394控制仪器所需的整套协议。

保护投资的桥

由于在采用新型总线方面仪器制造商总要比PC制造商来得慢，因此除了在仪器上直接增加新型总线外，桥的应用成为可行的第二种选择方案。桥本身是一种硬件产品，它提供二种总线类型，主要完成总线间信号的转换，因此原有设备利用桥就能方便地提供新型总线功能。桥能保护人们在硬件、软件方面作出的投资，并能节省大量时间，因此成为一种较佳的透明解决方案。举例来说，如果希望用"以太网到GPIB总线桥"替代GPIB插入式控制器，那么原来用于GPIB插入式控制器的那些代码仍可以不作任何修改地加以利用。

创建灵活的软件结构

A. VISA标准基础知识

为了实现工业化软件的兼容性，VXI即插即用系统联盟开发了专用于I/O软件的标准VISA。当该联盟在1993成立之时，业界就存在许多与VXI、GPIB和串行接口有关的非标准实用商业I/O软件。对于这些总线来说，VISA提供了一个公共的基础平台，用于高层多供应商系统软件组件的开发、传送与互通，比如仪器驱动器(driver)、软面板以及应用软件等。虽然VXI联盟定义了这样的VISA标准，但在实现具体的VISA程序的过程中，不同供应商有不同的实现方法。

由于VISA定义了用于仪器通信的应用编程接口(API)，因此当需要升级到新的接口总线或采用混合I/O系统时，可以很好地保护软件方面的已有投资。比如NI-VISA标准就不仅能兼容VXI、GPIB和串行总线，还可兼容PXI和以太网接口。

B. 利用通口模型简化VISA实现

过去的模型存在一个问题，那就是每个供应商设计的VISA标准都是针对厂商自身的控制器开发的，它们不能用于其它厂商的控制器产品。另外，为了适应新接口的需要，不得不安装一套完整的VISA库，有时，来自于不同供应商的VISA库就不能兼容已有接口。

为了解决上述问题，国家仪器公司(NI)采用"通口(passport)"插入式模型重新开发了VISA标准，它对每种不同的总线定义了不同的通信端口或通口。核心VISA库包含各种流行的高层VISA API，NI通口模型负责从核心VISA库中分离出用于连接总线的专用通信装置。采用这一模型后，每种不同的总线都需要通过相应的通口才能