一種基于嵌入式系統的虛擬儀器的研究與設計
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采用開(kāi)源的linux系統，并通過(guò)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(gè)4M的Linux運行系統。關(guān)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(dòng)程序采用端口讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現。Linux下對端口的操作方法在usr/include/asm/io.h中。由于端口讀寫(xiě)函數是一些inline宏，所以在編寫(xiě)端口讀寫(xiě)程序時(shí)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(gè)限制，在編寫(xiě)包含端口讀寫(xiě)代碼的程序時(shí)，要么打開(kāi)編譯器優(yōu)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(xiě)端口之前，必須首先通過(guò)ioperm()函數取得對該端口讀寫(xiě)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(kāi)始的共num個(gè)端口的讀寫(xiě)權限。如ioperm(0x300, 5, 1)就表示獲取從端口0x300到0x304共5個(gè)端口的讀寫(xiě)權。最后一個(gè)參數turn_on表示是否獲取讀寫(xiě)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(lái)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(xiě)操作分別用函數outb(value,port)和outw(value,port)來(lái)完成。其中各函數的第一個(gè)參數表示要寫(xiě)的數值，第二個(gè)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(gè)端口讀寫(xiě)函數一樣，只是在端口操作后附加一定時(shí)間的延時(shí)以保證讀寫(xiě)可靠?？梢酝ㄟ^(guò)在#include前加上：#define REALLY_SLOW_IO獲得約4微秒的延時(shí)。
3.3. 基于TinyX和Gtk+的軟面板編程
儀器軟面板的設計涉及l(fā)inux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(jiǎn)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(lái)開(kāi)發(fā)儀器軟面板程序。
基于TinyX和Gtk+庫的圖形界面開(kāi)發(fā)方案使得軟面板的開(kāi)發(fā)與桌面環(huán)境下基于Gnome的開(kāi)發(fā)比較接近，很多的桌面環(huán)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）?；诿嫦驅ο蟮姆椒?，GTK+用C語(yǔ)言實(shí)現了一套對象系統和消息及回調機制，并將整個(gè)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(lǐng)域的應用需求，可以構建常見(jiàn)的GUI單元的控件集。我們以GtkWidgets的形式開(kāi)發(fā)了示波器，信號源等儀器的面板控件和一些關(guān)鍵的GUI單元控件。這些都有利于用戶(hù)的二次開(kāi)發(fā)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(huán)境，我們給出一個(gè)構造虛擬儀器的通用解決方案。同時(shí)，通過(guò)構建基于TinyX和Gtk+庫的GUI環(huán)境，再加上我們自主開(kāi)發(fā)的一系列面板單元控件，我們提供了對虛擬儀器軟面板開(kāi)發(fā)的支持。
基于以上的方案，我們開(kāi)發(fā)了集示波器、萬(wàn)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(shí)現的一個(gè)多功能虛擬儀器
部隊野戰環(huán)境下的實(shí)踐表明該系統機械結構牢固、可靠性高，攜帶使用方便。
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