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一種開發虛擬儀器的方法以及虛擬儀器.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510663110.0

申請日:

2015.10.14

公開號:

CN105260228A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06F 9/455申請日:20151014|||公開
IPC分類號: G06F9/455 主分類號: G06F9/455
申請人: 深圳信息職業技術學院
發明人: 賴紅; 李欽; 許志良; 王寅峰
地址: 518000廣東省深圳市龍崗區深圳信息職業技術學院科技樓1703C
優先權:
專利代理機構: 深圳新創友知識產權代理有限公司44223 代理人: 江耀純
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510663110.0

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種開發虛擬儀器的方法以及虛擬儀器,方法包括以下步驟:1)將各個測量資源對應的算法封裝成各個標準構件;2)將所有標準構件封裝在一起組成虛擬儀器的構件庫;3)構造連接件庫,所述連接件庫包括多個連接件,所述連接件用于連接兩個標準構件;4)根據用戶的測量應用需求,對構件庫中的標準構件和連接件庫中的連接件進行裝配配置,包括建立連接的步驟、刪除標準構件的步驟、增加標準構件的步驟、增加連接件的步驟、刪除連接件的步驟。本發明的開發虛擬儀器的方法,可支持終端用戶現場裝配,對虛擬儀器系統進行在線修改和功能升級。

權利要求書

1.一種開發虛擬儀器的方法,其特征在于:包括以下步驟:1)將各個測量資源對
應的算法封裝成各個標準構件;2)將所有標準構件封裝在一起組成虛擬儀器的構件庫;
3)構造連接件庫,所述連接件庫包括多個連接件,所述連接件用于連接兩個標準構件;
4)根據用戶的測量應用需求,對構件庫中的標準構件和連接件庫中的連接件進行裝配
配置,包括建立連接的步驟、刪除標準構件的步驟、增加標準構件的步驟、增加連接
件的步驟、刪除連接件的步驟。
2.根據權利要求1所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:所述步驟1)中,封
裝成的標準構件包括構件的數據輸入端口、構件的數據發送端口和構件的數據處理模
塊;所述步驟3)中,所述連接件包括隊列管理器和數據隊列。
3.根據權利要求2所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:所述步驟4)中,建
立連接的步驟包括以下步驟:
L1)根據用戶的測量應用需求選取需連接的第一構件和一連接件;
L2)選取一個構件,定義為第二構件;
L3)所述連接件的隊列管理器讀取第一構件的數據輸出端口和第二構件的數據輸
入端口的類型;
L4)判斷所述第一構件的數據輸出端口的類型和所述第二構件的數據輸入端口的
類型是否一致,如果一致,執行步驟L5);如果不一致,則刪除當前的第二構件,重
新執行步驟L2);
L5)所述連接件的隊列管理器根據第一構件的數據輸出端口和第二構件的數據輸
入端口的類型,分配隊列,并獲取隊列的編號;
L6)設置隊列管理器的隊列編號和隊列類型分別為所述隊列的編號、端口的類型,
設置隊列的起始位置的標志位為可讀和可寫;
L7)設置第一構件的數據輸出端口和第二構件的數據輸入端口的隊列編號為所述
隊列的編號。
4.根據權利要求3所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:所述第一構件的數
據處理模塊通過數據輸出端口將數據寫入所述連接件的數據隊列,處理流程為:W1)
數據處理模塊獲取數據輸出端口的隊列編號;W2)數據處理模塊獲取所述連接件的隊
列管理器的可寫位置;W3)判斷所述可寫位置標志位是否可寫,如果可寫,執行步驟
W4),如果不可寫,則延遲設定時間后返回步驟W2);W4)數據處理模塊將數據寫入
所述可寫位置對應的隊列;W5)設置所述隊列中的數據標志位為可讀。
5.根據權利要求4所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:還包括步驟W6),
判斷所述隊列的可寫位置對應的隊列是否已到達隊列尾部;如果沒有,則設置隊列的
可寫位置往后移一位;如果已到達隊列尾部,設置隊列的可寫位置為隊列的起始位置。
6.根據權利要求3所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:所述第二構件的數
據處理模塊通過數據輸入端口從所述連接件的數據隊列讀取數據,處理流程為:R1)
數據處理模塊獲取數據輸入端口的隊列編號;R2)數據處理模塊獲取所述連接件的隊
列管理器的可讀位置;R3)判斷所述可讀位置的標志位是否可讀,如果可讀,執行步
驟R4),如果不可讀,則延遲設定時間后返回步驟R2);R4)數據處理模塊從所述可
讀位置對應的隊列中讀取數據;R5)設置所述隊列中數據標志位為可寫。
7.根據權利要求6所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:還包括步驟R6),
判斷隊列可讀位置是否已到達隊列尾部;如果沒有,則設置隊列的可讀位置往后移一
位;如果已到達隊列尾部,設置隊列的可讀位置為隊列的起始位置。
8.根據權利要求1所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:刪除標準構件的步
驟包括以下步驟:C1)設置待刪除的標準構件的數據處理模塊停止向數據發送端口發
送數據;C2)設置所有構件進入配置狀態,所有構件的數據處理模塊停止運行;C3)
刪除待刪除的標準構件的所有輸入端口和輸出端口對應的連接件;C4)刪除構件;C5)
設置所有構件進入運行狀態,所有構件的數據處理模塊開始運行。
9.根據權利要求1所述的開發虛擬儀器的方法,其特征在于:增加標準構件的步
驟包括以下步驟:D1)設置所有正在運行的構件進入配置狀態,所有構件的數據處理
模塊停止運行;D2)創建新添加的構件;D3)創建新添加的構件與已有構件之間的連
接件以及建立連接;D4)設置所有構件進入運行狀態,所有構件的數據處理模塊開始
運行。
10.一種根據權利要求1~9任一項所述的方法開發的虛擬儀器,其特征在于:包括
構件庫、連接件庫和裝配配置模塊,所述構件庫包括封裝在一起的多個標準構件,所
述標準構件由測量資源對應的算法封裝而成;所述連接件庫包括多個連接件,所述連
接件用于連接兩個標準構件;所述裝配配置模塊用于根據用戶的測量應用需求,將所
述構件庫和連接件裝配配置成虛擬儀器,裝配配置包括建立連接、刪除標準構件、增
加標準構件、增加連接件、刪除連接件。

說明書

一種開發虛擬儀器的方法以及虛擬儀器

【技術領域】

本發明涉及虛擬儀器開發技術,特別是涉及一種開發虛擬儀器的方法以及虛擬儀器。

【背景技術】

隨著被測對象復雜度的提高和對測試時間的要求,用戶自定義測試系統的功能成為測量儀器技術面臨的最大的挑戰。在傳統的儀器技術環境下,儀器具備的分析功能都是由儀器供應商來定義的。用戶為了滿足測量系統需求的不斷改變,要么為該產品開發專用的測試解決方案,要么使用通用的測試儀器。

為了解決儀器終端用戶由于測試環境的變化而不斷增長的系統重構需求,虛擬儀器技術提出了以軟件為中心的儀器系統解決方案,軟件取代硬件成為整個系統的核心。目前開發虛擬儀器的主要技術有兩種,一種是以美國國家儀器的LabVIEW為代表的開發平臺,主要的特點是使用圖形化編輯語言代替基于文本的語言編寫程序,以框圖的形式產生構成虛擬儀器的程序。傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執行順序,而LabVIEW則采用數據流編程方式,程序框圖中節點之間的數據流向決定了函數的執行順序。一種是以MeasurementStudio為代表,提供的一個虛擬儀器集成式套件,包括各種常用的測量和自動化控件、工具和類庫,用戶采用C++等文本語言可以自定義開發功能構件添加到開發環境中。這種方式充分發揮文本語言、集成套件和自定義構件的特點,可以快速開發集虛擬儀器測量、網絡連接和數據庫存儲為一體的復雜測量系統。

目前的虛擬儀器技術LabVIEW圖形化開發技術和MeasurementStudio為代表的文本語言開發工具,虛擬測量儀器的開發階段,設計師都是采用程序代碼作為粘接劑,程序設計時需經過編碼、編譯、鏈接等環節。虛擬測量儀器的應用階段,使用者脫離了龐大的虛擬儀器開發平臺不可能對程序功能進行修改。

目前虛擬測量儀器技術發展的趨勢是終端的使用用戶可以自定義虛擬測量儀器的功能和界面。而目前的虛擬儀器開發技術主要是面向測量儀器開發工程師的開發工具,而不是面向測量儀器終端使用者的工具,測量儀器終端使用者不能對所使用的虛擬儀器應用程序的功能和界面進行調整。目前的虛擬儀器開發技術不支持終端用戶自定義測量系統的功能和界面。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是:彌補上述現有技術的不足,提出一種開發虛擬儀器的方法以及虛擬儀器,可支持終端用戶現場裝配,對虛擬儀器系統進行在線修改和功能升級。

本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決:

一種開發虛擬儀器的方法,包括以下步驟:1)將各個測量資源對應的算法封裝成各個標準構件;2)將所有標準構件封裝在一起組成虛擬儀器的構件庫;3)構造連接件庫,所述連接件庫包括多個連接件,所述連接件用于連接兩個標準構件;4)根據用戶的測量應用需求,對構件庫中的標準構件和連接件庫中的連接件進行裝配配置,包括建立連接的步驟、刪除標準構件的步驟、增加標準構件的步驟、增加連接件的步驟、刪除連接件的步驟。

一種根據如上所述的方法開發的虛擬儀器,包括構件庫、連接件庫和裝配配置模塊,所述構件庫包括封裝在一起的多個標準構件,所述標準構件由測量資源對應的算法封裝而成;所述連接件庫包括多個連接件,所述連接件用于連接兩個標準構件;所述裝配配置模塊用于根據用戶的測量應用需求,將所述構件庫和連接件裝配配置成虛擬儀器,裝配配置包括建立連接、刪除標準構件、增加標準構件、增加連接件、刪除連接件。

本發明與現有技術對比的有益效果是:

本發明的開發虛擬儀器的方法,將單個的測量資源封裝為標準構件,構件裝配后可以自組織,自運行。將所有測量資源封裝在一起組成現場可裝配虛擬儀器構件庫。同時,構造連接件庫,連接件用于連接兩個標準構件。在測量應用功能的動態調整過程中,用戶根據測量應用的需要,對構件庫和連接件進行動態裝配配置,組裝成自己所需功能的虛擬儀器。由于通過構件與連接件的連接,構件、連接件的刪除、增加等組裝成虛擬儀器,因此可支持用戶根據需求進行組裝,支持終端用戶現場裝配,對虛擬儀器系統進行在線修改和功能升級。

【附圖說明】

圖1是本發明具體實施方式的開發虛擬儀器的流程圖;

圖2是本發明具體實施方式的待裝配的虛擬儀器的結構示意圖;

圖3是本發明具體實施方式的裝配后滿足某一應用需求的虛擬儀器的結構示意圖;

圖4是本發明具體實施方式中的構件的結構示意圖;

圖5是本發明具體實施方式中的連接件的結構示意圖;

圖6是本發明具體實施方式中的構件A和構件B之間通過連接件實現連接后的狀態示意圖;

圖7是本發明具體實施方式中的構件連接的流程示意圖;

圖8是本發明具體實施方式中的構件A寫入數據的流程示意圖;

圖9是本發明具體實施方式中的構件B讀取數據的流程示意圖。

【具體實施方式】

下面結合具體實施方式并對照附圖對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示,為本具體實施方式中開發虛擬儀器的過程示意圖,包括以下步驟:

1),將各個測量資源對應的算法封裝成各個標準構件。

要開發的虛擬儀器涉及的測量資源包括多種硬件驅動程序、儀器表盤設計內容、信號處理算法等功能構件,將這些單個功能構件封裝為標準構件。虛擬儀器是由數據來驅動,標準構件作為核心,即用于接收數據,對數據進行算法處理后,發送數據到另外功能的標準構件。構件裝配后可以自組織,自運行。

本具體實施方式中,構件的結構如圖4所示

由于測量資源具備的多樣性和擴展性,為確保后續開發的虛擬儀器功能的全面多樣性,可將涉及到的盡可能多的功能構件進行封裝成標準構件,以滿足各種應用需求以及拓展需求。

2)將所有標準構件封裝在一起組成虛擬儀器的構件庫。

3)構造連接件庫,所述連接件庫包括多個連接件,所述連接件用于連接兩個標準構件。

4)根據用戶的測量應用需求,對構件庫中的標準構件和連接件庫中的連接件進行裝配配置,包括建立連接的步驟、刪除標準構件的步驟、增加標準構件的步驟、增加連接件的步驟、刪除連接件的步驟。

本具體實施方式中,現場可裝配的虛擬儀器的結構示意圖如圖2所示,包括三個部分:虛擬儀器構件庫模塊100,虛擬儀器連接件模塊300和裝配管理模塊500。開發出的現場可裝配的虛擬儀器通過USB、GPIB、VXI總線等與外部的測量硬件連接構成測量系統。其中,裝配管理模塊500接收用戶的需求指示后,根據用戶的需求指示,將多個構件通過連接件進行連接,形成滿足某一應用需求的虛擬儀器。其結構示意圖如圖3所示,圖中的線條是構件之間進行數據連接的連接件。

裝配管理模塊500主要用于實現虛擬儀器的現場裝配。進行現場裝配配置時,裝配管理模塊500主要的功能是對現場可編程的虛擬儀器的構件庫中的構件、連接件庫中的連接件進行操作,主要包括:控制建立連接、刪除構件、增加構件、增加連接件、刪除連接件等現場裝配操作。

本具體實施方式中,構件的結構示意圖如圖4所示,包括多個子單元,各子單元包括三個部分:數據輸入端口,數據發送端口和數據處理模塊。連接件作為構件之間的數據傳輸媒介,主要為構件提供數據的存儲管理。連接件的結構示意圖如圖5所示,包括兩個部分:隊列管理器和隊列。隊列管理器用于管理隊列的類型和編號,指示隊列的可讀、可寫位置。隊列則用于存儲數據,以供讀寫。

進行現場配置時,最主要的操作是建立構件與構件之間的連接,使得一個構件中的數據通過連接件流向另一個構件。如圖6所示,為構件A和構件B之間通過連接件實現連接后的狀態示意圖。

構件通過連接件連接后,要實現數據的傳輸,還涉及如下三個過程:構件連接流程,構件A的數據寫入流程,構件B的數據讀取流程。

如圖7所示,為構件連接流程示意圖,包括以下步驟:

L1)根據用戶的測量應用需求選取需連接的構件A,以及一個連接件;

L2)選取一構件,定義為構件B;

L3)連接件的隊列管理器讀取構件A的輸出端口和構件B的輸入端口的類型;

L4)連接件的隊列管理器判斷構件A的數據輸出端口的類型和構件B的數據輸入端口的類型是否一致,如果一致,執行步驟L5);如果不一致,則刪除當前的構件B,重新執行步驟L2);

L5)連接件的隊列管理器根據構件A的數據輸出端口和構件B的數據輸入端口的類型,分配隊列,并獲取隊列的編號;

L6)設置隊列管理器的隊列編號和隊列類型分別為上述隊列的編號、端口的類型,設置隊列的起始位置的標志位為可讀和可寫;通過該設置,隊列的起始位置均是可讀位置和可寫。對于后續構件B而言,起始位置可讀,便于讀取訪問。對于下一次的需要傳輸數據到連接件的構件而言,起始位置可寫,便于寫入數據訪問。

L7)設置構件A的數據輸出端口和構件B的數據輸入端口的隊列編號為上述隊列的編號。

如圖8所示,為構件A的數據寫入流程示意圖。構件A的輸出端口通過連接件將數據傳遞給構件B的輸入端口,首先需要構件A的數據處理模塊通過輸出端口將數據寫入到連接件的隊列,包括以下步驟:

W1)數據處理模塊獲取輸出端口的隊列編號;

W2)數據處理模塊獲取隊列管理器的可寫位置;

W3)判斷此可寫位置的標志位是否可寫,如果可寫,進入步驟W4),如果不可寫,則延遲設定時間后返回步驟W2);

上述步驟W2)獲取的可寫位置便于快速定位。步驟W3)判斷可寫位置的標志位,是防止在后續寫的過程中被其它構件進行讀取操作。當判斷不可寫時,可能是其它構件讀取的不及時,造成不可寫。因此此時緩沖延遲一段時間后返回步驟W2)重新讀取,待不可寫的狀態消除,即可寫位置的標志位也實質是可寫,則重新判斷,即進入可寫判斷結果,進入步驟W4)。

W4)數據處理模塊將數據寫入該可寫位置對應的隊列;

W5)設置隊列中的數據標志位為可讀。

通過上述流程,即將數據寫入連接件的隊列中,并允許后續其它構件進行讀取。

優選地,還包括步驟W6),判斷隊列可寫位置是否已到達列尾;如果沒有到隊尾,設置隊列可寫位置往后移一位;如果已到達隊尾,設置隊列可寫位置為隊列的起始位置。經過該步驟的設置,便于下一次寫入操作。

如圖9所示,為構件B的數據讀取流程。構件A的數據處理模塊通過輸入端口將數據寫入到連接件的隊列后,構件B的輸入端口通過連接件讀取數據,即完成數據的讀取傳輸。

R1)數據處理模塊獲取數據輸入端口的隊列編號;

R2)數據處理模塊獲取所述連接件的隊列管理器的可讀位置;

R3)判斷所述可讀位置的標志位是否可讀,如果可讀,執行步驟R4),如果不可讀,則延遲設定時間后返回步驟R2);

R4)數據處理模塊從所述可讀位置對應的隊列中讀取數據;

R5)設置所述隊列中數據標志位為可寫。

通過上述流程,即將數據從連接件的隊列中讀取出來,并允許空出的隊列后續由其它構件寫入數據。

優選地,還包括步驟R6),判斷隊列可讀位置是否已到達隊列尾部;如果沒有,則設置隊列的可讀位置往后移一位;如果已到達隊列尾部,設置隊列的可讀位置為隊列的起始位置。

除上述建立連接,寫入、讀取數據的過程之外,裝配管理模塊500還用于控制刪除構件、增加構件、增加連接件、刪除連接件等現場裝配操作,以實現虛擬儀器系統的修改和功能升級等應用要求。如下分別說明各種操作的流程。

1,刪除構件流程

構件刪除可能導致系統運行狀態的中斷,構件刪除前必須停止接收和發送數據,并刪除構件與連接件的連接,構件的刪除流程如下:

C1)構件數據處理模塊停止向發送數據端口發送數據;

C2)設置所有構件進入配置狀態,所有構件的數據處理模塊停止運行;

C3)刪除構件的所有的輸入端口和輸出端口的所有連接件;

C4)刪除構件;

C5)設置所有的構件進行運行狀態,所有構件的數據處理模塊開始運行。

2,增加構件流程

構件的增加可能導致系統運行狀態的中斷,構件增加前必須首先設置所有構件進入配置狀態,構件添加后必須通過連接件和其他的構件進行數據連接,構件的增加流程如下:

D1)設置所有正在運行構件進入配置狀態,所有構件的數據處理模塊停止運行;

D2)創建新添加的構件;

D3)創建新添加的連接件與已有構件的連接;

D4)設置所有的構件進入運行狀態,所有構件的數據處理模塊開始運行。

3,增加連接件流程

連接件的添加主要實現構件之間的連接,連接件添加前必須首先判斷構件是否都已處于配置狀態,連接件添加后必須檢查構件之間的數據端口是否一致,連接件的增加流程如下:

E1)設置所有正在運行的構件進入配置狀態,所有構件的數據處理模塊停止運行;

E2)創建新添加的連接件;

E3)配置新添加的連接件與已有構件之間的連接;

E4)設置所有的構件進入運行狀態,所有構件的數據處理模塊開始運行。

4,刪除連接件流程

連接件的刪除主要刪除構件之間的連接,連接件刪除前必須首先判斷構件是否都已處于配置狀態,連接件的刪除過程如下:

F1)設置與待刪除的連接件連接的構件中的數據處理模塊停止向數據發送端口發送數據,停止從數據接收端口接收數據;

F2)設置所有正在運行的構件進入配置狀態,所有構件的數據處理模塊停止運行;

F3)刪除連接件;

F4)設置所有構件進入運行狀態,所有構件的數據處理模塊開始運行。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明,不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明構思的前提下做出若干替代或明顯變型,而且性能或用途相同,都應當視為屬于本發明的保護范圍。

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