一種基于嵌入式系統的虛擬儀器的研究與設計
加入技術交流群
采用開源的linux系統，并通過編譯選項裁減不需要的功能模塊，得到大小為500K左右的內核模塊。用busybox取代shell，在系統中加入glibc.o等庫構建一個4M的Linux運行系統。關于嵌入式Linux系統的構建文獻【1】有詳細的介紹和指導。
3.2. linux下的io編程
儀器卡的驅動程序采用端口讀寫來實現。Linux下對端口的操作方法在usr/include/asm/io.h中。由于端口讀寫函數是一些inline宏，所以在編寫端口讀寫程序時只需要加入：#include 不需要包含任何附加的庫文件。另外由于gcc編譯器的一個限制，在編寫包含端口讀寫代碼的程序時，要么打開編譯器優化選項(使用gcc O1 或更高選項)，要么在#include 之前加上：#define extern static
在讀寫端口之前，必須首先通過ioperm()函數取得對該端口讀寫的權限。該函數的使用如下：
ioperm(from, num, turn_on)
如果turn_on=1，則表示要獲取從from開始的共num個端口的讀寫權限。如ioperm(0x300, 5, 1)就表示獲取從端口0x300到0x304共5個端口的讀寫權。最后一個參數turn_on表示是否獲取讀寫權（turn_on=1表示獲取，turn_on=0表示釋放）。一般在程序的硬件初始化階段調用ioperm（）函數。
ioperm（）函數需要以root身份運行或使用seuid賦予該程序root權限。
端口的讀取使用inb(port)和inw(port)函數來完成，其中inb(port)讀取8位端口，inw(port) 讀取16位端口。
對8位和16位端口的寫操作分別用函數outb(value,port)和outw(value,port)來完成。其中各函數的第一個參數表示要寫的數值，第二個參數表示端口地址。
宏inb_p（），outb_p（），inw_p（）和outw_p（）的作用與對應的上述四個端口讀寫函數一樣，只是在端口操作后附加一定時間的延時以保證讀寫可靠。可以通過在#include前加上：#define REALLY_SLOW_IO獲得約4微秒的延時。
3.3. 基于TinyX和Gtk+的軟面板編程
儀器軟面板的設計涉及linux下GUI的選擇和編程，考慮到XWindows的成熟性和與桌面系統的一致性，我們選用精簡的XWindows系統TinyX作為底層GUI解決方案。使用Gtk+1.2庫作為控件集來開發儀器軟面板程序。
基于TinyX和Gtk+庫的圖形界面開發方案使得軟面板的開發與桌面環境下基于Gnome的開發比較接近，很多的桌面環境下的linux工具可以直接使用。
Gtk+圖形庫是GNOME桌面系統的底層基礎，它包含比較完整的GUI控件集合（GtkWidgets）。基于面向對象的方法，GTK+用C語言實現了一套對象系統和消息及回調機制，并將整個圖形控件集納于對象框架中，使得控件集的擴充比較方便。
針對虛擬儀器領域的應用需求，可以構建常見的GUI單元的控件集。我們以GtkWidgets的形式開發了示波器，信號源等儀器的面板控件和一些關鍵的GUI單元控件。這些都有利于用戶的二次開發和軟件單元的重用。
4 結論
基于嵌入式主板和嵌入式軟件環境，我們給出一個構造虛擬儀器的通用解決方案。同時，通過構建基于TinyX和Gtk+庫的GUI環境，再加上我們自主開發的一系列面板單元控件，我們提供了對虛擬儀器軟面板開發的支持。
基于以上的方案，我們開發了集示波器、萬用表和微波信號源等儀器功能于一體的雷達故障檢測儀。如圖3所示：
圖3. 基于本文方案實現的一個多功能虛擬儀器
部隊野戰環境下的實踐表明該系統機械結構牢固、可靠性高，攜帶使用方便。
評論