基于USB總線的嵌入式虛擬儀器設計

范田郴

摘要：虛擬儀器是計算機系統常用的設備之一，其主要負責某個項目的測試、測量、自動化應用流程。在計算機應用技術的推動下，傳統虛擬儀器結構性能不斷優化改進。針對早期虛擬儀器存在的不足，專家們設計了一種高性能的儀器產品，嵌入式虛擬儀器成為了新一代測試設備。鑒于此，文章分析了基于USB總線的嵌入式虛擬儀器的功能優勢，及虛擬儀器的設計方法。

關鍵詞：USB總線；嵌入式；虛擬儀器；設計

中圖分類號：TP391.9文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0081-01

虛擬儀器是以高性能的模塊硬件為核心，以多功能的軟件為輔助，共同完成測試、測量與自動化運用的工具。早期虛擬儀器缺少即插即用、熱插拔功能，給用戶操作帶來了許多不便。經過長期研究后，專家推出了基于USB總線的嵌入式虛擬儀器，大大改變了早期儀器的功能缺陷。

1嵌入式虛擬儀器的優點

虛擬儀器有助于計算機信息的收集、處理、共享，為用戶的實際操作創造了有利的條件。而基于USB總線的嵌入式虛擬儀器是傳統虛擬儀器的升級產品，該儀器不僅內部結構簡單，且用戶操作起來更加便捷。通過性能檢測后總結，嵌入式虛擬儀器具備以下優點：

①性能優。無論是哪一種虛擬儀器，其都是立足于PC技術研制出來的產品。因而，嵌入式虛擬儀器同樣具備了處理器、文件I/O等功能特點，對于儲存在磁盤里的數據可完成全面性的對比分析。而儀器系統更新之后，如圖1，虛擬儀器技術能夠測試、測量的范圍更廣。

②升級快。嵌入式虛擬儀器在技術運用上更加先進，用戶需要優化虛擬儀器功能時，只要對計算機網絡及測量硬件給予改進，則能促進虛擬儀器內部系統的升級，讓儀器操控起來更加便捷。面對科學技術逐漸發展的今天，用戶把嵌入式虛擬儀器結構改良則能增強測試功能。

③集成強。強大的集成性能是嵌入式虛擬儀器的另一大優勢，其能夠把軟件、硬件集成起來，讓用戶的測量操作更加簡單。傳統虛擬儀器的集成功能弱，系統完成集成的時間較長。而嵌入式虛擬儀器的集成功能強大，配備了對應的接口后能把不同的設備集中到某一個系統中操控。

2基于USB總線的虛擬儀器設計

目前，設計計算機用戶的數量大幅度增加，虛擬儀器測試的對象也更多。考慮到保證虛擬儀器功能的正常發揮，對傳統虛擬儀器進行技術改造是不可缺少的。USB技術、虛擬儀器技術兩者互相融合，推動了計算機儀表產品的更新。基于USB總線的嵌入式虛擬儀器具備操控簡單、高效傳輸、連接方便等優點。根據筆者工作經驗，此種虛擬儀器的設計內容包括：

①系統設計。測試系統是基于USB總線的嵌入式虛擬儀器的核心部分，測試系統設計方案決定了儀器功能的好壞。在嵌入式虛擬儀器設計中可創建分布式測試系統，并選擇星型的拓撲結構。這種車而是系統包括：PC機、USB集線器、嵌入式虛擬儀器等，通過該類設計方案可以實現虛擬儀器的智能化操作。

②配置設計。由于結合了USB總線技術，嵌入式虛擬儀器的配置可在功能、結構等方面適當拓寬。若用戶對虛擬儀器的功能有更多的要求時，則需要配備符合USB接口測試功能的嵌入式虛擬儀器模塊便能達到預期的效果。嵌入式虛擬儀器內部配置設計應當符合測試功能的要求，防止出現儀器功能弱化等問題。

③接口設計。由于USB總線技術的運用，對嵌入式虛擬儀器的接口采用USB，這樣可以與虛擬儀器相匹配。如：通過把嵌入式虛擬儀器的USB總線接口和邏輯設備整合，即可形成新的USB設備接口，從而創建了傳送和接收數據包的總線接口，讓嵌入式虛擬儀器的運用功能滿足用戶的實際運用需要。

④通信設計。通信設計的主要目的是為了方便虛擬儀器的通信操作，PC機的通信應用程序使用VisualC++調用API函數和HID驅動程序完成通信。完成嵌入式虛擬儀器插入之后時，主機檢測該設備并通過自動加載相關的驅動程序來對該設備進行配置，這有助于計算機網絡對虛擬儀器設備的綜合操控。

參考文獻：

[1] 蔡錦成,鄧雄,方勇,等.虛擬儀器的PC系統實現技術[J].四川大學學報,1999,(1).