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基于组件的虚拟仪器软件系统设计

http://www.any17.com 2006-08-30 14:56:38.0

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1引言

　　随着计算机技术的飞速发展，人们对软件产品的质量和软件的生产速度都有了更高的要求，这就使软件开发方法和技术的更新日益成为当今最迫切的研究课题。从传统的结构化开发方法到八十年代发展起来的面向对象（00）开发方法无疑是软件工程学的重大进步，但随着软件规模的不断扩大，人们希望软件的复用程度能够得到进一步的提高，并且可以实现软件的“即插即用（Plug and play）”。实际上，人们希望能够象组装汽车一样地来生产软件，这也是软件工程界多年来梦寐以求的理想，九十年代出现的“基于组件的软件开发技术”（Component Based Development）使这个愿望逐渐成为现实。利用组件（Component ），我们可以堆积木似的“搭建”软件系统，从而实现软件的大粒度复用，缩短开发周期，降低维护成本。

2、组件技术

　　熟悉面向对象方法的人或许会将“组件”（Component）和“对象”（Object）视为同一个概念，虽然它们之间有相似的地方，但彼此的差异也是明显的，正是这些差异使得组件技术有可能比面向对象技术更广泛地被接受。

　　1.组件的基本概念
　　关于软件组件的定义比较多，目前还没有一个公认的标准定义，但是我们可以这样理解=所谓“组件”就是可以明确辨识和管理、具有一定的独立功能的软件单元。它具有如下特点：
　　（1）即插即用：组件可以方便地集成于系统中，不用修改代码，也不用重新编译：
　　（2）以接口为核心：组件的接口和实现是分离的，组件通过接口实现与其他组件或系统的交互，组件的具体实现被封装在内部，组装者只关心接口，不必知道实现细节：
　　（3）标准化：组件的接口必须严格地标准化，这是组件技术成熟的标志之一。目前主要的标准有Microsoft的COM/DCOM，Java的JavaBeans和EJB，OMG组织的CORBA。
　　（4）组件的来源广阔：大量成熟的组件可以通过市场购买可以从互联网上免费下载，可以从自己现有的组件库中获得，也可以重新开发设计等等。同时市场的竞争机制还可以促进组件生产的质量的提高、种类的增加和价格的降低。
总之，组件在功能上是离散的、被精确定义的：组件对自已拥有的方法都提供标准而清晰的接口：组件既可以单独使用，也可以与其他组件一起组装成一个完整的应用系统，因此，它不同于00方法中的“对象”或“类”，相比之下，组件具有更高的用度，更灵活的产生方式，也更容易理解和分发。

　　2.基于组件的软件开发模型
　　基于组件的软件开发技术从根本上改变了软件的生产方式，与传统开发方法相比，它具有很明显的优势：①提高了件的重用率，保护了已有的技资。开发者可以将原有软件运用组件技术封装起来，通过标准的组件接口将旧的程序代码进行包装制作成可以重用的组件，从而保护了软件的投资：②降低了对系统开发者的要求，使他们更好地关注业务系统，可以用业务术语，而不是计算机术语来规划、设计和建造应用系统：③使开发的系统更加灵活，更加便于维护和升级。组件的模块化程度高，模块耦合度低，开发者在对软件进行改进时，往往只需增加新的接口即可：④易于学习和使用。组件的开发一般由组件设计、生产和组装等过程组成，不同岗位的开发者分工明确、术有专攻，大量的开发人员可以快速投入基于组件的开发过程中。
　　CBD方法可以将一个软件系统的开发分为3个阶段：应用系统的分析与设计、组件的开发以及组件的装配。其中，系统分析和设计是一个领域工程，由领域问题专家根据系统需求建立系统模型，再由系统分析及设计人员对该模型进一步完善，刻画出系统的总体结构，-按照组件开发规则定义系统所需的所有组件以及组件的接口说明和组件之间的交互协议：组件开发也叫组件生产，可以重新设计组件，可以将现有的软件封装成组件，也可以从外界（市场或互联网〉直接获得，通过这些方式得到的组件均装入组件库中统一管理：组件的装配就是按照应用系统设计中提供的结构，从组件库中选取合适的组件，按照组件接口规约，用组装工具完成应用系统的连接与合成，最后对系统进行各种测试（如集成测试和系统测试等）。这种开发过程的模型如图1所示。

　　3、基于组件的虚拟仪器软件系统的开发
　　虚拟仪器（Virtual Instrument）是指以微型计算机为核心，将微机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板的测量仪器。VI的出现是传统仪器在测量理论和测量方法上的一次革命性突破，充分体现了"软件就是仪器"的新思想，同时打破了传统仪器结构固定、功能单一、可扩展性差等限制，使仪器的生产进入了一个崭新的阶段。
　　VI一般由通用计算机（PC机）、数据来集卡及软件系统组成。它充分利用PC机丰富的软硬件资源快速建立数据采集应用系统，通过数据采集卡从外界采集各种信号，对信号进行实时存储、实时显示及离线分析。这是一个由控制软件和硬件板卡组成的复杂系统，其中控制软件是非常关键和重要的部分，通常将VI的软件系统分为3部分：
　　（1）板卡驱动部分=直接对数据采集卡进行起停控制。启动数据采集，实现信号的存储，控制系统复位及多通道操作，满足采集卡“即插即用”的要求。这些功能是面向硬件的，必须满足实时、高速度的要求，通常用汇编语言设计实现。
　　（2）虚拟仪器面板部分，这是控制软件的核心，为用户提供了美观、方便、快捷的高级交亘界面。它以传统仪器的物理面板为基础，集成各种仪器的面板，比如示波器、压力表以及各种指针式仪表等等，供选择使用。它能够显示图形、数据或图表等以满足不同要求，也可以通过菜单或按钮实现功能切换。
　　（3）离线分析部分是后期完成的工作，它对采样信号进行非实时的再现和处理，如频谱分析、图形处理等等，这部分所实现的功能是其它传统仪器所不具备的，是VI的优势部分。
　　基于组件技术的VI软件系统的开发，将以上各部分作为彼此独立的软件单元分别制作成标准的组件，然后按照系统的总体要求组装成一个完整的应用系统，如图2所示。

　　由图可见，基于组件的虚拟仪器软件系统结构清晰简洁，组件功能相对地理，组件之间联系松散。该西的组件化设计采用Microsoft的COM/DCOM标准，大部分组件用Visual C++6.0设计，实现方便、快捷。

4、结束语

　　利用组件技术将虚拟仪器应用软件各部分制作成独立的、可复用的组件，再将组件装配成完整的VI应用系统，其结构更加简洁易调整，开发更加容易，质量更有保证。由于组件具有相当高的封装程度，所以系统升级可透明进行，一旦需要，我们可以增加接口来扩展软件的功能，而不必过多地改动原有的组件；并且组件技术遵循统一的接口标准，这也使得软件具有良好的开放性和易扩展性。
　　组件技术是计算机广泛应用和迅速发展的产物，它的出现变革了软件开发的各个五一节，是软件生产技术的巨大进步，尽管它仍然处于发展阶段，各种规范和实现工具还有待进一步完善，但随着COM/DCOM、JavaBeans/EJB等组件标准的出现，CBD技术必然逐渐走向成熟，成为21世纪软件开发技术的一次新的浪潮。

摘自《微计算机信息》2001.1
产品配置:
VI软件系统
适用领域及情况:
仪器设计

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