基于嵌入式系统的虚拟仪器设计

    以工控计算机和PC为平台的虚拟仪器系统长期以来充当着智能测试系统的平台。随着后PC时代的来临，业界对仪器的个性化和小型化要求越来越高。

　　嵌入式系统的发展和普及应用使得基于单板计算机和功能板卡的嵌入式仪器成为构建虚拟仪器系统的新思路。本文介绍了应用基于PC-104的嵌入式主板和功能板卡构建虚拟仪器系统的关键技术。

　　1 引言

　　计算机及其接口技术的发展和传统测试测量仪器系统暴露出来的不足，使得基于计算机的虚拟仪器设备越来越成为测试测量仪器的主导。虚拟仪器系统以其平台通用性、可扩充、易升级和高度的智能性获得了广泛的工业应用。在PC和工业控制计算机中插入基于PC总线(ISA，PCI)的数采板卡构成硬件系统，编写Windows系统平台的驱动程序和软面板实现软件功能，成为业界的主要解决方案。

　　但是在野战和恶劣环境下测试任务的实践过程中，我们发现基于PC或工控机的虚拟仪器暴露出很多问题，如：体积大，不便于携行;插卡式结构，接触易松动、不紧固;以机械硬盘为主要存储介质，抗震性能差等等。

　　以32位嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为特征的嵌入式计算平台使计算进入了后PC时代。嵌入式系统的小体积、高可靠能够满足实现野战和恶劣环境下的便携虚拟仪器的需要。基于嵌入式计算平台，设计虚拟仪器系统成为构建测试系统的新思路。

　　通过构建基于PC104总线嵌入式计算平台，加入仪器卡及其功能程序，我们实现了针对雷达电子装备的多种测试仪器。构建基于嵌入式系统的虚拟仪器需要解决的技术问题集中在系统平台的构建、接口和驱动程序的设计以及软面板设计等方面。

　　2 硬件系统组成

　　硬件系统包括嵌入式主板、仪器功能板、Flash存储介质(DOC或CF卡)、液晶显示屏、触摸屏和信号接口等。如图1所示。其中液晶显示屏、触摸屏实现人机交互，信号接口用于耦合测试信号、嵌入式主板作为控制和计算单元，仪器功能板实现具体仪器的功能。

　　图1. 系统硬件组成图

图1. 系统硬件组成图

图1中部件按叠放的顺序依次为触摸屏、液晶显示屏、PC104主板、示波器卡、万用表卡

　　功能板卡和嵌入式主板之间通过PC104总线以叠栈的方式实现机械和电气的互连。采用这种方式有如下好处：

　　1. 电气接触高度紧密。电路板之间通过多排插针深入连接，比ISA和PCI的插槽连接要紧密得多。

　　2. 机械结构牢固。电路板之间用四个螺柱紧紧相连，使得板卡之间的机械连接非常牢固，不会存在晃动现象。