虛擬儀器與網(wǎng)絡化測控技術

1、1. 儀器驅(qū)動器（程序）（Instrument Driver）的作用及其結(jié)構模型。答：作用：儀器驅(qū)動器是介于計算機與儀器硬件設備之間的軟件中間層，對兩者進行數(shù)據(jù)交換有很重要的作用，它駐留在計算機中是連接計算機和儀器橋梁和紐帶采用驅(qū)動器可以使計算機有能力控制物理儀器設備。結(jié)構模型：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統(tǒng)稱。儀器驅(qū)動器的結(jié)構模型建立在底層一致的I/O編程接口VISA的基礎之上，提出了完整的驅(qū)動器外部接口模型和內(nèi)部設計模型。（1） 外部接口模型：定義了儀器驅(qū)動器與儀器設備、上層應用軟件和用戶之間的通信方式，使得測試應用的開發(fā)獨立于儀器之外。其中底層的VISA是用于

2、控制VXI、GPIB、RS以及其他類型儀器的I/O設備資源管理、操作和使用的機制，實現(xiàn)一致的儀器I/O操作。VISA/O接口庫是IVI的基礎，功能體實現(xiàn)了儀器驅(qū)動器的功能代碼，是一起驅(qū)動器的核心。子函數(shù)接口是向儀器驅(qū)動器提供函數(shù)調(diào)用服務的接口；上層的交互式程度開發(fā)接口和應用程序開發(fā)接口則是驅(qū)動器向應用程序開發(fā)者提供服務的接口。此外，IVI提供了一個區(qū)別與VPP儀器驅(qū)動器模型的重要機制IVI引擎，以實現(xiàn)IVI特殊的技術，狀態(tài)緩存和屬性跟蹤。從IVI驅(qū)動器的外部接口模型可見，IVI成三個層次，由下向上分別為：儀器功能服務層、儀器功能實現(xiàn)層、應用服務層和用戶層。底層向上層提供透明的服務，每一層的開發(fā)

3、可以在下層標準服務的基礎上獨立地進行，這種模式適應了軟件打生產(chǎn)的要求。（2）內(nèi)部設計模型：IVI驅(qū)動器的內(nèi)部設計模型描述了實現(xiàn)儀器驅(qū)動器功能的內(nèi)部結(jié)構。內(nèi)部結(jié)構分為三個部分:回調(diào)函數(shù)集、組件函數(shù)集和應用函數(shù)集。組件函數(shù)集是控制儀器特定功能的軟件模塊，按功能不同分成初始化函數(shù)、配置函數(shù)和結(jié)束/狀態(tài)函數(shù)、數(shù)據(jù)函數(shù)、通用函數(shù)和結(jié)束函數(shù);應用函數(shù)集是面向測試任務和測試過程的功能，模塊由組件函數(shù)綜合而成?；卣{(diào)函數(shù)集是在IVI引擎調(diào)用的讀寫儀器設置或獲取儀器狀態(tài)的一組操作，回調(diào)函數(shù)不能被用戶顯式地調(diào)用?；卣{(diào)函數(shù)機制是在IVI引擎的驅(qū)動下工作的，與IVI引擎密切聯(lián)系。2. 詳細列出LabVIEW 8與Lab

4、VIEW 7及LabVIEW 6的區(qū)別，新改進之處的優(yōu)點長處有哪些。列出LabVIEW 2014的新特性。答：推薦精選區(qū)別：（1）LabVIEW8.6.1增加了無線網(wǎng)絡的開發(fā)與控制，如藍牙、GPRS以及GSM； （2）增強了對多核與FPGA的支持。如：多核處理器實現(xiàn)超級計算、引入FPGA技術無須專業(yè)級數(shù)字電路設計、無線技術實現(xiàn)遠程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及分析、通過任意網(wǎng)絡驅(qū)動設備與LabVIEW應用進行交互等； （3）增加了新功能cleanup Diagram,清理LabVIEW的后面板，讓后面板的圖形更為整潔美觀； （4）用戶可以創(chuàng)建自己的Express VICreate or Edite Expr

5、ess VI。優(yōu)點：（1）多核處理器實現(xiàn)超級計算：當標準系統(tǒng)越來越趨于引入多個處理核，測試測量系統(tǒng)實現(xiàn)大幅度性能提升的可能性也就越大。LabVIEW平臺擴展了內(nèi)嵌的多線程技術，在新版軟件中通過多核優(yōu)化特性提供超級計算性能，幫助工程師處理更大容量的測量數(shù)據(jù)，滿足高級控制應用的要求，并提高測試系統(tǒng)的吞吐量。 （2）引入FPGA技術無須專業(yè)級數(shù)字電路設計：借助于LabVIEW直觀的數(shù)據(jù)流模式，工程師們可以通過使用LabVIEW FPGA模塊及基于FPGA的現(xiàn)成即用的商業(yè)硬件（如NICompactRIO）來自定義測量及控制系統(tǒng)應用，如半導體驗證及高級機器控制，從而實現(xiàn)更佳的性能。LabVIEW 8.6

6、.1一如既往地將FPGA技術帶給更多沒有專業(yè)底層硬件描述語言或板級電路設計經(jīng)驗的工程師們。LabVIEW 8.6.1進一步縮短了FPGA的開發(fā)時間，其新特性允許工程師們直接對CompactRIO可編程自動控制器 (PAC) 進行編程，而無須分別對FPGA編程。此外，全新仿真功能能夠在電腦上驗證FPGA應用，從而大大縮短了在編譯上消耗的開發(fā)時間。LabVIEW 8.6.1還提供了全新IP開發(fā)及集成特性，包括全新快速傅立葉變換(FFT) IP核，實現(xiàn)頻譜分析等功能，為機器狀態(tài)監(jiān)控及RF測試應用提供了更強的性能；全新的器件級IP(CLIP)節(jié)點，可便捷地將已有或第三方的IP導入LabVIEW FPG

7、A，提升LabVIEW平臺的開放性。 （3）無線技術實現(xiàn)遠程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及分析：隨著無線技術的發(fā)展，工程師們已經(jīng)可以實現(xiàn)異地測量等應用。LabVIEW 8.6.1與無線技術的配合，能將數(shù)據(jù)采集應用擴展到新的領域中，如環(huán)境及建筑監(jiān)測等。LabVIEW圖形化編程的靈活性及無處不在的Wi-Fi網(wǎng)絡構架能將無線連接融入全新或已有的基于PC的測量及控制系統(tǒng)中。在最新無線數(shù)據(jù)采集設備及超過20家第三方無線傳感器驅(qū)動的支持下，LabVIEW 8.6.1作為獨立的軟件平臺，簡化了分布式測量系統(tǒng)的編程過程。在LabVIEW 8.6.1中，無需作代碼修改即可便捷地通過NI Wi-Fi 數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 硬件

8、來配置數(shù)據(jù)采集應用。同時，LabVIEW 8.6.1中全新的3-D可視化工具能夠集成遠程測量與設計模型，加速設計驗證的整個過程。（4）通過任意網(wǎng)絡驅(qū)動設備與LabVIEW應用進行交互：當操作人員和系統(tǒng)間持續(xù)的連接與訪問越來越普遍時，工程師希望可以在任一位置都能通過網(wǎng)絡來與系統(tǒng)進行交互。LabVIEW 8.6.1允許將LabVIEW應用轉(zhuǎn)化成電腦和實時硬件上的網(wǎng)絡服務器（Web Service），從而能在任何網(wǎng)絡驅(qū)動的設備上連接，如智能手機、PC機等。通過這一特性，工程師能夠采用標準網(wǎng)絡技術（如HTML、 JavaScript 及Flash）為LabVIEW應用開發(fā)遠程用戶界面。推薦精選LabV

9、IEW 2014的新特性：（1）DataFinder聯(lián)盟技術用戶可以直觀地搜索本地驅(qū)動器、網(wǎng)絡或世界各地的數(shù)據(jù)；（2）新的內(nèi)置算法更豐富的分析功能，包括NI Real-Time Linux的.m文件分析和FPGA的視覺函數(shù)；（3）LabVIEW數(shù)據(jù)儀表板用戶可以輕松、安全地創(chuàng)建移動界面來可視化采集的數(shù)據(jù)，并做出有據(jù)可依的決策，而且無需掌握移動通信的專業(yè)知識；3. 在LabVIEW的基礎上列出幾種實現(xiàn)網(wǎng)絡化虛擬儀器的技術，并加以簡單說明。答：（1）遠程訪問技術：在LabVIEW中，實現(xiàn)遠程訪問的方式有兩種:遠程面板控制和客戶端瀏覽器訪問，且在實施這兩種訪問之前都需要對服務器進行配置。配置服務器包

10、括3部分：服務器目錄與日志配置、客戶端可見VI配置和客戶端訪問權限配置。在LabVIEW中選擇 “工具選項”即可打開參數(shù)配置框，左側(cè)分別可見“Web服務器：配置”、“Web服務器：瀏覽器訪問”。其中“Web服務器：配置”是用來配置服務器目錄和日志屬性、“Web服務器：可見VI”用來配置服務器根目錄下可見的VI程序，也即對客戶端可操作的VI程序。“Web服務器：瀏覽器訪問”用來設置客戶端的訪問權限。完成服務器配置以后，即可以選擇遠程控制面板或瀏覽器方式訪問服務器、對服務器進行交互遠程操作等。（2）使用共享變量：共享變量是繼DataSocket技術之后LabView為簡化網(wǎng)絡編程邁出的又一大步。通

11、過共享變量，用戶無需編程就可以在不同計算機之間方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。用戶無需了解任何的底層復雜的網(wǎng)絡通信，就能輕松地實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。用戶建立和使用共享變量就如同操作全局變量一樣方便。（3）使用網(wǎng)絡通信協(xié)議編程的技術：網(wǎng)絡通信協(xié)議是網(wǎng)絡中傳遞、管理信息的一些規(guī)范，是計算機之間相互通信需要共同遵守的一些規(guī)則1。網(wǎng)絡通信協(xié)議通常被分為多個層次，每一層完成一定的功能，通信在對應的層次之間進行。LabVIEW中支持的通信協(xié)議類型包括TCP/IP、UDP、串口通信協(xié)議、無線網(wǎng)絡協(xié)議和郵件傳輸協(xié)議。TCP/IP協(xié)議體系是目前最成功, 使用最頻繁的In推薦精選ternet協(xié)議,有著良好的實用性和開放性。它定義了

12、網(wǎng)絡層的網(wǎng)際互連協(xié)議IP,傳輸層的傳輸控制協(xié)議TCP、用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP等。LabVIEW中為網(wǎng)絡通訊提供了基于TCP/UDP的通訊函數(shù)供用戶調(diào)用。這樣用戶可直接調(diào)用TCP模塊中已發(fā)布的TCP VI及相關的子VI來完成流程的編寫，而無需過多考慮網(wǎng)絡的底層實現(xiàn)。在設計上采用C/S（客戶端/服務器）通信模式，VI程序分為兩部分：處理主機工作在Server模式，完成數(shù)據(jù)接收，并提供數(shù)據(jù)的相關處理；數(shù)據(jù)點計算機工作于Client模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送5。TCP傳輸數(shù)據(jù)過程如下：首先由發(fā)送端發(fā)送連接請求，接收端偵聽到請求后回復并建立連接，然后開始傳輸，數(shù)據(jù)傳輸完成后關閉連接，傳輸過程結(jié)束。（4）ADO技術：

13、ADOActiveX Data Object是VC提供的又一種面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫開發(fā)技術。OLE DB可以訪問數(shù)據(jù)庫應用的能力，但還需要編寫大量的代碼程序。ADO訪問數(shù)據(jù)庫是通過OLE DB提供程序進行的。ADO技術采用高層訪問技術訪問封裝了的OLE DB中COM接口。它提多種語言的訪問技術，包括VB、VC、VBA、VJ+，同時ADO還可以用描述的腳本語言訪問cript、VC Script等，用ADO開發(fā)網(wǎng)頁在客戶機和服務器應用程序中容易建立Internet虛擬儀器系統(tǒng)。4. IVI（Interchargeable Virtual Instruments，可互換的虛擬儀器）現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。（可查

14、詢IVI基金會的網(wǎng)站）答：現(xiàn)狀：IVI技術作為20世紀90年代末興起的一種儀器驅(qū)動器技術，建立在VPP儀器驅(qū)動器規(guī)范的基礎之上，致力于實現(xiàn)儀器互換性和智能性。IVI驅(qū)動器通過一個通用的類驅(qū)動器實現(xiàn)對儀器的控制。采用IVI技術，可以降低軟件的維護費用，減少系統(tǒng)停運時間，提高測試代碼的可重用性，使儀器編程更簡單。IVI 模型是IVI基金會在VPP技術規(guī)范基礎上制定的一種驅(qū)動器設計標準，它通過定義類驅(qū)動器和專用驅(qū)動器并增加儀器仿真、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。但仍然存在以下的不足：（1）只適合同類儀器的互換，不能實現(xiàn)不同類儀器或某些具備兩類、多類儀

15、器功能的綜合性儀器之間的互換；（2）IVI類驅(qū)動器只能統(tǒng)一某類儀器中80%的儀器功能,而其它20%功能只能通過專用驅(qū)動器來實現(xiàn)；（3）可用標準較少，目前只完成了示波器、萬用表、函數(shù)發(fā)生器、多路開關等儀器的類驅(qū)動器的標準化；推薦精選（4）標準開放程度低，IVI模型只適合于通用儀器，對某些專用儀器（如數(shù)據(jù)采集卡）不適用。發(fā)展趨勢：將較成熟的COM技術應用于IVI驅(qū)動程序的開發(fā),發(fā)布組件式驅(qū)動程序，不再以儀器為中心，而是以信號為中心開發(fā)功能,甚至信號可互換的驅(qū)動程序。（1）組件式IVI：隨著軟件工業(yè)的組件化生產(chǎn)方式的興起，儀器驅(qū)動器以組件的形式發(fā)布的研究正在悄悄地進，尤其是目前最為流行的Window

16、s下的COM（Component object model）組件和與平臺無關的CORBA(common object request brokerch itecture,公共對象請求代理體系)組件。無論從軟件組件的粒度，還是從組件的結(jié)構、功能看，儀器驅(qū)動器均具有組件鮮明的特點，是天然的組件實體。而且，組件完備的多線程和數(shù)據(jù)共享機制必將進一步提高系統(tǒng)的測試性能。（2）完備的仿真功能：目前IVI驅(qū)動器的仿真功能還十分有限，主要停留在調(diào)試階段，而且仿真功能作為內(nèi)置于儀器驅(qū)動器的功能函數(shù)下具有獨立性。驅(qū)動器的仿真模塊作為一個獨立的功能實體應該具有與驅(qū)動器相同的地位，并且隨著芯片處理速度的提高，實物仿真

17、逐漸成為可能。因此，仿真驅(qū)動器應用于測試階段并不遙遠。（3）按信號可互換的儀器驅(qū)動器：隨著ATE(automatic test equipment)技術的飛速發(fā)展，將測試過程描述成對信號資源和被測信號源操作的指導思想逐漸成為測試技術的一個重要分支。顯然，測試過程的最終目的是檢測被測信號的特征，而不是儀器本身。目前，ATLAS(abbreviate test language for all system)就是以信號為基礎的測試應用開發(fā)工具，已在解決復雜的測試問題中展現(xiàn)風采。對于儀器的使用，研究面向被測信號可互換的驅(qū)動器模型也相應地被提到日程上來。由于現(xiàn)有驅(qū)動器的結(jié)構已成定局，且按信號可互換的實

18、現(xiàn)上存在較大的難度，因此可能的實現(xiàn)方法是在現(xiàn)有的基礎上增加一層由功能可互換至信號可互換的映射，間接實現(xiàn)儀器驅(qū)動器的按信號可互換。5. 設計一臺虛擬數(shù)字示波器，打印出前面板，并畫出軟件的主要功能模塊的結(jié)構框圖和軟件流程圖。數(shù)字示波器前面板如下圖：推薦精選主要功能模塊：虛擬示波器主要由軟件控制完成信號的采集、處理和顯示。系統(tǒng)軟件總體上包括數(shù)據(jù)采集、濾波、波形顯示、參數(shù)測量、頻譜分析及波形存儲和回放等五大模塊，其功能結(jié)構框圖如下：數(shù)據(jù)采集模塊波形顯示模塊信號測量模塊數(shù)字濾波器模塊波形存儲回放模塊頻譜分析模塊軟件流程圖YESNO取信號數(shù)據(jù)窗口輸出數(shù)據(jù)處理波形輸出繼續(xù)測量開 始結(jié) 束 推薦精選6. 網(wǎng)絡控制論主要的研究內(nèi)容包括哪幾方面？答：網(wǎng)絡控制論是新出現(xiàn)的、正在發(fā)展的、不成熟的新學科，要界定其學科研究內(nèi)容是有難度的。但是為了研究和促進學科發(fā)展，在一定階段內(nèi)需要根據(jù)它的研究對象和學科性質(zhì)，明確學科研究的基本內(nèi)容和范疇。網(wǎng)絡控制論的研究對象涉及各種網(wǎng)絡系統(tǒng)及其子系統(tǒng)。涉及這些系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各鐘聯(lián)系以及在各系統(tǒng)中運行的一切過程機制。主要研究內(nèi)容則集中于網(wǎng)絡功能、網(wǎng)絡結(jié)構、網(wǎng)絡行為、管理行為、以及網(wǎng)絡系統(tǒng)中信息的獲取、傳輸、處