一种IVI-COM仪器驱动程序的设计方法
2020-03-27朱建刚
朱建刚
（中电科仪器仪表有限公司，山东 青岛 266555）
在测试领域，虚拟仪器技术是最新的自动测试技术之一。IVI仪器驱动程序在虚拟仪器驱动程序层面上定义了全新的规范和架构，使同一类仪器实现了一定的互换性，降低了开发测试系统过程的成本。本文将介绍应用Nimbus Driver Studio开发IVI-COM驱动程序的过程，并在上位机编写控制程序调用仪器驱动，实现对仪器的远程控制。
1 IVI-COM仪器驱动程序介绍
IVI仪器驱动程序定义了仪器的编程接口，使仪器的硬件接口与测试系统的应用程序实现了分离，不仅将测试系统的开发变得更加高效，还使仪器具备了一定的可互换特性[1]。IVI规范主要定义了IVI类驱动器和IVI专用驱动器。IVI类驱动程序介于应用程序和IVI专用驱动程序之间，实现应用程序对专用驱动程序的调用。IVI专用驱动程序是实现仪器控制的主要驱动程序，包括类兼容专用驱动程序和定制专用驱动程序[2]。
图1 IVI驱动结构图Fig.1 IVI Drive structure diagram
COM是一种以组件为发布单元的对象模型，它定义了不同组件之间的交互规范。1个组件的形式是1个动态链接库（dll）或1个可执行文件（exe）。COM组件在提供组件接口标准的同时，还引入了面向对象的思想，每个COM组件对应1个或多个COM对象，每个对象包含多个接口，每个接口又由多个用来实现用户应用程序功能的函数组成[3]。
IVI-COM仪器驱动程序是应用了COM API的IVI驱动程序，而仅是IVI-COM驱动程序中的API并不能实现仪器的互换性，IVI基金会为此定义了IVI-COM会话工厂（IVICOM Session Factory）组件。应用程序通过逻辑名访问IVICOM会话工厂，会话工厂通过该逻辑名与IVI配置文件中的逻辑名匹配，得到实际的IVI-COM驱动器指针，从而实现动态加载IVI-COM驱动器的动态库[4]。驱动程序包含仪器通用功能对应的操作函数，通过操作函数实现对仪器的控制[5]，IVI驱动结构如图1所示。
2 IVI-COM仪器驱动程序设计开发
Nimbus Driver Studio软件集成在Microsoft Visual Studio开发环境下，可以完成IVI-COM以及IVI-C仪器驱动程序的开发工作。接下来，以IviRFSigGen射频信号发生器类规范的仪器驱动程序“Ceyear1435RfSigGen”为例，设计某款信号发生器的IVI-COM仪器驱动程序。
2.1 搭建开发环境
本次开发基于Microsoft Windows 7操作系统，首先安装Microsoft Visual Studio 2010软件包；之后安装Nimbus开发组件。其中，Nimbus组件集成在Visual Studio 2010开发环境下。
2.2 创建IVI-COM仪器驱动框架
启动Visual Studio 2010，在新建项目对话框中选择IVI-COM Projects下的IVI-COM Driver模板。根据生成向导，依次添加项目的名称、仪器类（IviRFSigGen类）、LXI类型以及属性等，生成IVI-COM驱动解决方案，并建立驱动框架。解决方案中各工程之间的关系如图2所示。
图2 驱动解决方案包含工程之间关系Fig.2 Relationship between projects in driving solutions
IVI-COM仪器驱动程序包含3个根接口，分别是IIviDriver、IIviRFSigGen及ICeyear1435RfSigGen。 其中，IIviDriver是仪器固有功能根接口，该接口下包含IiviComponentIdentity、IIviDriver、IiviDriverIdentity、IiviDriverOperation及IiviDriverUtility共5个子接口，该接口具有可互换性；IIviRFSigGen是仪器类兼容根接口，该接口是射频信号发生器类仪器基本功能的实现接口，包含的功能子接口有ALC、AnalogModulation（包含AM、FM及PM）、DigitalModulation（ 包 含Arb及Base）、IQ、LFGenerator、PulseGenerator、PulseModulation、ReferenceOscillator、RF、Sweep等[6]，该接口具有可互换性；ICeyear1435RfSigGen是仪器专用功能根接口，该接口是开发者基于仪器的功能而添加的专用接口，包含的具体接口由仪器本身功能决定，仪器的全部功能都能在该接口下实现，该接口不具备可互换性。
2.3 设计开发IVI-COM驱动
在IVI-COM驱动程序中，每个功能都被设计成1个包含属性或者方法的接口，各个接口之间可以相互调用。其中，属性一般只包含1个参数，1个属性的读取以及设置分别由1个前缀为“get_”和“put_”的函数实现。方法包含的参数不受限制，设置方式灵活多变，能实现更为复杂的仪器功能。属性和方法的实现方式类似，如果实现方式简单，直接在Instrument command选项中设置程控命令即可，但要是单独的程控命令不能很好地实现所要添加的功能，则需要在CoCeyear435RfSigGen中详细设计实现的源代码。
IIviDriver根接口与IIviRFSigGen根接口下的功能是信号发生器类仪器的通用接口，这类接口下的功能是确定的。IIviDriver根接口下的功能接口控制函数源代码在驱动框架建立时已自动生成。IIviRFSigGen根接口支持IVI规范“IVI-4.10_RfSigGen”中对射频信号发生器类仪器所定义的属性和方法，该根接口下的大部分功能在专用接口中已经实现，可直接调用专用接口下相应的功能接口函数即可。ICeyear1435RfSigGen根接口包含仪器全部功能，在该根接口下按仪器功能分类添加子功能接口，各子功能接口就可以通过添加属性或方法来实现仪器的具体功能。属性的添加过程如图3所示，方法的添加过程与属性类似。
图3 属性添加流程图Fig.3 Add property flowchart
依照上述步骤将信号发生器的全部功能，以属性或方法的形式添加到对应的子功能接口下，并设计好实现的程序代码。
2.4 生成IVI-COM驱动帮助文档与安装包
在解决方案“Ceyear1435RfSigGen”属性页中配置属性，选择需要生成的项目配置后编译驱动程序。在驱动程序各项编译成功后，仪器的帮助文档在解决方案***Helpin下生成，仪器驱动的安装包在***Setupin下生成。
3 验证IVI-COM驱动程序
在上位机上安装IVI-COM仪器驱动之前，需要确保IVI Shared Components组件已成功安装。驱动安装目录为C:Program FilesIVI FoundationIVI。驱动安装成功后，需要设置IVI配置仓，这里应用NI-MAX软件完成该设置。MAX会自动识别已安装的驱动，通过设置逻辑名关联到驱动并对驱动进行管理。在MAX软件里添加逻辑名“Ceyear1435”，将之关联驱动“Ceyear1435RfSigGen”，配置好资源描述、资源地址等信息，最后通过“Save IVI Configuration”保存设置。MAX软件配置界面如图4所示。
通过逻辑名调用IVI-COM驱动的控制程序主要代码为：
#import “GlobMgr.dll” no_namespace
#import “IviDriverTypeLib.dll” no_namespace
图4 仪器驱动程序配置界面Fig.4 Instrument driver configuration interface
#import “IviRFSigGenTypeLib.dll” no_namespace
IIviDriverPtr spDriver(_uuidof(Ceyear1435RfSigGen));
spDriver-＞Initialize((“Ceyear1435”), VARIANT_FALSE,VARIANT_FALSE, _T(“”));
IIviRFSigGenPtr spSS(spDriver);
spSS-＞RF-＞Frequency = XXX; //设置频率
spSS-＞RF-＞Level = XXX; //设置功率
……
spDriver-＞Close();
通过网线连接仪器与上位机后，在上位机上运行测试程序，此时信号发生器前面板显示“远控”状态，且仪器的频率及功率等均按要求进行了设置，证明了本文设计的IVI-COM仪器驱动的有效性。将连接的信号发生器替换为另外某款信号发生器，只需在MAX软件中对仪器驱动进行重新配置，并修改测试程序中的逻辑名与之相对应即可，其他部分无需改动。经过实际测试，测试程序可通过切换逻辑名测试不同的仪器，证明了IVI-COM仪器驱动具有良好的可互换性。
4 结束语
本文设计并实现了某款信号发生器的IVI-COM仪器驱动程序，经验证该驱动能有效的对仪器进行控制；同时通过试验证明IVI-COM仪器驱动程序具有一定的可互换性，降低了开发人员的测试时间，具有显著的实用价值，已成功应用于数款信号发生器。
