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标题: LabWindows/CVI仪器驱动程序的开发 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 13:30
标题: LabWindows/CVI仪器驱动程序的开发
1引言

　　在BC3192测试程序的开发过程中，最复杂的是仪器驱动程序的开发。同VXI总线间进行的每一步联系和操作，都少不了仪器驱动程序的帮助。

　　用Labwindows/CVI（以下简称Labwin）软件可以开发出仪器的驱动程序。这主要是因为Labwin具有一部分通用的仪器设备驱动库。有了它们，用户可以比较容易地开发出几个系列的总线兼容设备驱动程序。如RS232仪器驱动系列、GPIB仪器驱动系列、VXI总线系列驱动程序，还有一些典型的特定驱动程序的实例，如

　　Fluke45DigitalMultimeter(VISAI/O)（Fluke45数字型万用表）、HewlettPackard34401AMultimeter(VISA)（惠普34401A型万用表）等。
　　
　　一个典型的驱动程序由4部分组成。
　　
　　第一部分是主程序，主要是由＊.lib，＊.obj，＊.dll或＊.c文件组成。
　　第二部分是包含文件（＊.h），包括函数功能的定义，常量的声明以及全局变量的声明。
　　第三部分是设备功能面板部分（＊.fp），包括树状功能信息定义。
　　第四部分是由ASCII码构成的帮助文件（＊.doc），它包括指导用户的详细驱动程序帮助。

　　2仪器驱动程序的操作

　　对用户来说，驱动程序完成一种或多种仪器功能，整个驱动程序库由多组程序有选择地构成。在Labwin的编程环境中选取仪器菜单，再从菜单中选取一个设备。这时将从屏幕中弹出一个功能面板，功能面板显示仪器的一些交互控制。函数调用自动生成的功能也随之加入整个应用程序。即使不提供功能面板，也能以手工方式进行驱动函数的调用。总地来说，设备驱动程序包括用以执行高级设备相关任务的功能函数。当用户把功能函数包含到程序中后，即使不了解设备的编程协议，也可以控制一个仪器正常运转。对它们的应用，可以在很大程度上减轻编程人员的负担。它们可以在软件开发中形成模块化，并大大提高软件的易用性和可维护性。

　　3LabWindows/CVI开发驱动程序的优势

　　Labwin中设备的驱动程序是比传统概念中的驱动程序更高一层的概念。他们免去了编程人员频繁地同I/O端口打交道。它是放入用户应用程序的一种高层的软件功能。它不仅完全适用于目前各种标准的仪器设备，而且可对一大批老的仪器设备提供支持。

　　所有的Labwin应用的驱动程序，传递时在可能的情况下都伴有源码，并且很多都有完整的帮助文件。它们都是在Labwin的标准开发环境下开发的，用户可以根据具体情况改造自己的程序，使它们更加强大并对自己的应用程序有更大的弹性。

　　开发仪器驱动程序包括外部接口模块和内部设计模块。

　　3.1外部接口模块

　　外部接口模块如图1所示。

　　功能主体：设备驱动的代码部分
　　程序员交互接口：图形化的编程助手，把交互控件状态转化为代码
　　程序员编程接口：调用各种函数
　　子程序接口：调用其它软件模块

　　3.2内部设计模块

　　内部设计模块如图2所示。

　　功能主体：设备驱动的代码部分。包括初始化（包括结构复位、自检等）、设置函数（用一个软件程序集来实现相应功能。各种设备都有特定的设置函数。）、动作/状态函数（动作函数使仪器开始和停止测试，状态函数可获得仪器操作当前和即将出现的状态。）、数据函数（向仪器发送和接收数据）、终结函数（终结同仪器间的连接并释放系统资源）、应用程序函数（高级面向测试和功能函数）。

　　4仪器驱动程序的设计

4.1设计原则
　　在设计之前，必须进行驱动程序结构的设计，因为如果驱动程序的结构比较明了，会使程序员设计应用程序时更有条理。
其次，一定要把设计的驱动程序基于一个已设计好的核心驱动程序（即Labwin自带的驱动程序库）、或者是由一个核心驱动程序演化出来的驱动程序。
　　最后，以一个明确的步骤来编写你的仪器驱动程序（将在后面介绍）。

4.2设计步骤
（1）命名这个驱动程序。
（2）定义这个驱动程序的功能和类。
（3）建立一个驱动程序的功能树。在Labwin中的功能树都以＊.fp模式存储，并在引用时以层次化形式出现，并且在各分支功能上加帮助信息。
（4）对于程序中的每个函数：
——对于函数的参数定义包括变量类型、变量范围、错误代码等相关信息；
——在功能面板上实现新功能的创建，包括对功能面板和其中各个控件的帮助信息；
——为执行功能函数写代码；
——检验代码执行效果。
（5）为最终的设备源程序创建包含文件，包括函数定义和常量声明。

4.3两个辅助工具介绍
（1）功能树的编辑器

　　用图3所示的是功能树编辑器，可以灵活地添加和删除各种函数，可从各个分支进入具体的函数定义功能面板编辑器。

　　图4所示的功能面板编辑器，可以控件的形式描述诸如函数参数、返回值、参考说明等函数的相关信息。随着各种控件的加入，相应的源代码也被实时地翻译在面板下方的文本框中。

4.4自定义的数据类型

　　控件的使用方法相当简单，只需补充常说的可移植性问题，这一点同数据的定义是分不开的。Labwin对于驱动程序开发有自己专门的一套数据类型，它们可以精确地定义参数的类型和大小，而且它们具有很好的可移植性。各种定义如表1所示。

表1各种定义

名称	定义
ViInt16	Signed16bitinteger（16位整数）
ViInt32	Signed32bitinteger（32位整数）
ViReal64	64bitfloatingpointnumber（64位浮点小数）
ViInt16[]	AnarrayofViInt16values（由16位整数组成的数组）
ViInt32[]	AnarrayofViInt32values（由32位整数组成的数组）
ViReal64[]	AnarrayofViReal64values（由64位整数组成的数组）
ViChar[]	Astring（一个字符串）
ViRsrc	AVISAresourcedescriptor(也是字符串)
ViSession	AVISAsessionhandle（一个会话的句柄）
ViStatus	AVISAreturnstatustype（返回状态值的类型）
ViBoolean	Booleanvalue（布尔型数）
ViBoolean[]	AnarrayofViBooleanvalues（布尔型数组）

4.5函数定义的方法

　　驱动程序函数调用的返回值也与众不同，VISA/IO（Labwin中的虚拟设备接口）定义了一种非常有用的调用设备函数时使用的宏，如表2所示。

表2函数的定义

　

LabWindows/CVIEnvironment	OutsidetheCVI
Macro	(Windows)	Environment(Windows)UNIX
_VI_FUNC	_pascal	_far_pascal_export
_VI_FAR		_far

　　因为沿用了在Pascal语言中调用在DLL程序驱动的习惯，当用户在Labwin的环境调用用户定义函数时，把宏_VI_FUNC（表示任何用户函数）翻译成_pascal，而使用外部编译器编译时，则把宏解释成_far_pascal_export。同样在Labwin中,_VI_FAR（表示用户函数中任何的数组参数和输出变量）被翻译成空，而用其它编译程序时，被翻译成_far。
如下面这个函数：

ViStatus _VI_FUNC tek2430a_read_waveform (ViSession instrSession,
ViReal64 _VI_FAR wvfm[],
ViReal64 _VI_FAR ＊ xin,
ViReal64 _VI_FAR ＊ trig_off);
　　在 LabWindows/CVI环境时，表示为：
ViStatus _pascal tek2430a_read_waveform (ViSession instrSession,
ViReal64 wvfm[],
ViReal64 ＊ xin,
ViReal64 ＊ trig_off);
　　而在其它编译环境下，表示为：
ViStatus _far _pascal _export tek2430a_read_waveform (ViSession instrSession,
ViReal64 _far wvfm[],
ViReal64 _far ＊ xin,
ViReal64 _far ＊ trig_off);

5在BC3192测试程序中的应用实例

　　VXI的设备驱动程序包括以下几个主要功能。首先是分配设备的地址指针，这需要定义动态链接库的代码段和数据段为可移动和可删除，因为要用基指针指向每一个I/O动作，所以代码段和数据段是不定的；其次是VXI总线寄存器的写入和读取动作，这些操作需要我们使用刚得到的设备地址指针；再次是向缓存中读取和写入信息。另外，还有初始化，以及系统固定延迟时间等一系列功能。

　　在BC3192的测试程序中，结合Labwin自带的VXI总线的设备驱动程序，编写了一个简单的VXI驱动程序。它存于程序的根目录中，有4个支持文件，分别是vxirw.c、vxirw.dll、vxirw.h以及vxirw.lib。在我们的程序中，由于考虑到工作的效率，决定使用在VisualC＋＋1.5的编译环境下，编译vxirw.c和vxirw.h程序，生成vxirw.dll及vxirw.lib的高效方法。这是由于Labwin使用一种LCC内建解释器对程序进行解释，其效率远不如直接使用动态链接库方便。用VC编译器编译的动态链接文件，可以在Labwin的函数中方便地进行调用。而且其效率同VC自身的调用不相上下。

如下面代码所示，正是使用了刚才所表示的函数调用方法。
void FAR PASCAL __export __loadds ReadReg(UINT La, UINT Offset, UINT FAR ＊ Data)
/＊这是用于读取总线寄存器的函数。＊ /
{
/＊＊ Data=(UINT)(＊ (pPointer＋ La＊ 32＋ Offset/2)); ＊ /
/＊ get the address pointer ＊ /
GetPointer(La); /＊调用La全局变量取得寄存器地址＊
/＊ read register ＊ /
＊ Data=(UINT)(＊ (pPointer＋ Offset/2)); /＊把寄存器中的值通过偏移地址取出＊ /
/＊ free the selector ＊ /
FreeSelector(wSelector);/＊释放在取寄存器的值时所用到的字选择临时变量。＊ /
}
程序的调用要熟悉大量硬件的特性，不属于软件总体设计之列，在此不再介绍。
6结论

　　Labwindows这种以C语言为中心的编程方式有其优势，所带的C语言的功能比较灵活，而又便于开发一些大型的工程。它的类库的功能又可以开放地进行扩充，使系统的功能得到进一步增强。相对地，新型编程方式只能在固定的自带环境中运行，而且在表达复杂关系时，流程图的联系方式有很大的局限性。所以，Labwindows的编程方式在一段时间内将仍然拥有其地位。而今后的发展很可能是把两种编程方法进行集成，使我们在建立流程图后可以生成大部分程序代码，而细微的地方又可以进行C语言的调整。这样，我们的编程人员将拥有更方便的编程工具。

参考文献

[1]NI Corporation.Labwindows/CVI Interface Reference Guide[Z],1994.
[2]NI Corporation.Labwindows/CVI Programing Guide.[Z],1994.
[3]NI Corporation.Labwindows/CVI Function Library Guide.[Z], 1994.
[4]陈光.VXI总线测试平台技术[M].成都电子科技大学出版社,1995.

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