1、引 言
八十年代后期，隨著超大規(guī)模集成電路、微型計算機(jī)系統(tǒng)及軟件技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)測試平臺的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)。這種虛擬儀器以微型計算機(jī)為統(tǒng)一的硬件平臺，在其中配以具有測試和控制功能可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的模塊化硬件接口卡，輔以具有測試儀器功能且形象逼真的軟件模塊，通過系統(tǒng)管理軟件的統(tǒng)一指揮調(diào)度從而實現(xiàn)傳統(tǒng)測控儀器的功能。
這種以軟件為核心的系統(tǒng)不必象傳統(tǒng)儀器那樣受到生產(chǎn)廠商所設(shè)計功能的限制，可以使用戶充分利用計算機(jī)超強(qiáng)的運算、顯示以及連接擴(kuò)展能力來靈活地自己定義強(qiáng)大的儀器功能，因此虛擬儀器技術(shù)在幾年之內(nèi)迅速發(fā)展，目前已經(jīng)在機(jī)械、電子、電力、交通、航空航天、化工、冶金等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。
同傳統(tǒng)測試儀器相比，虛擬測試平臺具有以下優(yōu)點：
1)開放性：利用通用硬件平臺構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)具有開放性，便于系統(tǒng)的升級和更新。
2)易用性：豐富的軟件資源和良好的人機(jī)交互圖文界面使得虛擬儀器系統(tǒng)非常易于使用。
3)性能價格比高：相同的性能條件下開發(fā)費用和維護(hù)升級價格相對比較便宜。
2、測試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理
任何一個信息系統(tǒng)都需要涉及數(shù)據(jù)管理，虛擬儀器系統(tǒng)也不例外。數(shù)據(jù)管理是信息系統(tǒng)的一個功能，也是信息系統(tǒng)所包含的一項重要任務(wù)，它的作用在于組織數(shù)據(jù)和方便各類用戶使用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理，從數(shù)據(jù)本身來講，是指收集數(shù)據(jù)、組織數(shù)據(jù)和提供數(shù)據(jù)等幾個方面，隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，它不僅包括了數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、收集、存儲、刪除等活動，又增加了數(shù)據(jù)傳輸、訪問、共享和**等方面。
目前廣泛應(yīng)用的虛擬儀器平臺的系統(tǒng)框囹如圖1所示。然而分析圖1我們可以看到：在大部分現(xiàn)存的系統(tǒng)中，所得到的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果采用打印方式直接輸出然后歸檔保存，采用手工方式管理數(shù)據(jù)。部分系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和結(jié)果保存入文件系統(tǒng)，采用文件方式管理數(shù)據(jù)。這二種管理方法從數(shù)據(jù)管理的角度來看都存在著缺陷和局限。
手工方式對數(shù)據(jù)管理的缺陷是顯而易見的：無法處理大量的數(shù)據(jù)，速度慢，易出錯，效率極低。雖然文件系統(tǒng)管理方式比手工管理方式有了很大的改進(jìn)，但是依然在以下幾個方面存在問題。
(1)**性差
文件系統(tǒng)沒有或缺乏**機(jī)制，無法識別用戶身份，不能禁止未授權(quán)用戶的使用。因此不能有效的保護(hù)數(shù)據(jù)免遭惡意破壞或誤操作而造成的數(shù)據(jù)損失，也無法保證重要數(shù)據(jù)不被泄露。
(2)數(shù)據(jù)冗余度大
由于數(shù)據(jù)是面向程序的，一個數(shù)據(jù)文件只能為某一用戶的特定用途服務(wù)，其他應(yīng)用所需要的相同數(shù)據(jù)只能重復(fù)存儲，造成了大量的數(shù)據(jù)冗余。數(shù)據(jù)冗余不僅會浪費存儲空間，降低存儲器的利用率，而且還會帶來潛在的數(shù)據(jù)不一致。這主要是由于文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的更新是每個應(yīng)用程序各自進(jìn)行的，相同的數(shù)據(jù)間沒有一致的保護(hù)措施。
(3)缺乏數(shù)據(jù)獨立性
在文件系統(tǒng)中，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相互依賴。數(shù)據(jù)文件是按照具體要求建立的，而應(yīng)用程序的編制直接依賴于數(shù)據(jù)的存儲格式和存取方法。當(dāng)存儲介質(zhì)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，相應(yīng)的應(yīng)用程序也必須進(jìn)行修改，增加了程序編制和維護(hù)的工作量。
這種虛擬儀器平臺以數(shù)據(jù)庫做為數(shù)據(jù)中心，由數(shù)、據(jù)提交、數(shù)據(jù)’使用、數(shù)據(jù)**管理等幾個部分組成。其中數(shù)據(jù)提交部分包括由硬件采集電路采集而得到的大量數(shù)據(jù)和由用戶通過人機(jī)交互接口以及網(wǎng)絡(luò)輸入的少量數(shù)據(jù)信息。所提交數(shù)據(jù)的質(zhì)量由數(shù)據(jù)采集部分的預(yù)處理模塊以及使用者自己保證。數(shù)據(jù)使用部分由統(tǒng)計、檢索、報表生成、打印、顯示、決策控制以及遠(yuǎn)程通訊幾個功能模塊組成，各模塊使用數(shù)據(jù)的目的、數(shù)量、方法、占用時間由各模塊自行定義，但使用權(quán)限由**管理部分限定。數(shù)據(jù)**管理部分由系統(tǒng)**策略、**級別所決定。通過**管理模塊、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)以及操作系統(tǒng)來共同完成。基于數(shù)據(jù)庫管理的虛擬儀器系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如圖2所示。
這樣從數(shù)據(jù)管理的角度進(jìn)行分析和設(shè)計的系統(tǒng)，可以有效的彌補(bǔ)前面所討論系統(tǒng)的設(shè)計缺陷，具有以下優(yōu)點：
1〉**性得到保證
操作系統(tǒng)和DBMS共同維護(hù)數(shù)據(jù)庫本身的**，確保數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不會因誤操作或系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)破壞，更重要的是通過用戶管理模塊對用戶進(jìn)行授權(quán)和控制訪問管理，保護(hù)數(shù)據(jù)不被非授權(quán)用戶通過各種方式造成數(shù)據(jù)流失、篡改和破壞。
2〉由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的引心，使得數(shù)據(jù)管理工作更加高效、便捷。
(1)減少了數(shù)據(jù)冗余
利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)不再是面向具體應(yīng)用，而是面向整個系統(tǒng)。所有數(shù)據(jù)集中管理，統(tǒng)一進(jìn)行組織，存儲和定義，避免了不必要的數(shù)據(jù)冗余。
(2〉數(shù)據(jù)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化
系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)的，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是以一定的形式構(gòu)成的，因此這種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不僅表示為屬性之間的聯(lián)系，而且也表現(xiàn)了實體之間內(nèi)在的聯(lián)系。
(3)數(shù)據(jù)具有獨立性
在前面的數(shù)據(jù)管理方式中，數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間相互依賴。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，應(yīng)用程序不再同物理存儲器上具體文件相對應(yīng)，每個用戶所使用的數(shù)據(jù)具有其自身邏輯結(jié)構(gòu)。這種獨立性給數(shù)據(jù)庫的使用、調(diào)整、優(yōu)化和進(jìn)一步擴(kuò)充帶來了方便，提高了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減輕了程序員的負(fù)擔(dān)。
(4)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能
數(shù)據(jù)庫作為多個用戶和應(yīng)用程序的共享資源，對數(shù)據(jù)的存取往往是并發(fā)的，從而大大提高了數(shù)據(jù)的使用效率。
3)提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率
在中央數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型及各部分功能模塊方案確定以后，各部分功能模塊只針對中央數(shù)據(jù)庫，因此其開發(fā)調(diào)試工作可以獨立展開，互不影響。
4、構(gòu)建基于數(shù)據(jù)庫的虛擬測試平臺的方法
4.1需求分析
需求分析的任務(wù)是通過詳細(xì)調(diào)查需要處理的對象，充分了解被測目標(biāo)的工作概況，明確用戶需求，然后在此基礎(chǔ)上確定功能。其重點是調(diào)查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息來源、處理要求，**性與完整性要求。需求分析是設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是*困難*耗費時間的步驟。需求分析是否做得充分與準(zhǔn)確，決定了系統(tǒng)實現(xiàn)的速度與質(zhì)量。
4.2數(shù)據(jù)模型設(shè)計
在需求分析階段所得到的還只是現(xiàn)實世界的具體需求，通過將其進(jìn)行綜合，歸納和抽象，形成可供計算機(jī)使用處理的數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)模型設(shè)計階段，需要考慮到具體的DBMS的數(shù)據(jù)支持，同時必須注意數(shù)據(jù)采集的硬件實現(xiàn)問題，這包括硬件實現(xiàn)的可能性、復(fù)雜度、可靠性、價格等因素。綜合以上因素對設(shè)計的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。
4.3硬件系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)選定的數(shù)據(jù)模型確定硬件系統(tǒng)的設(shè)計方案，包括控制器、主機(jī)箱、總線類型、儀器模塊等部分的選擇和連接方式。同時需要確定數(shù)據(jù)采集方案(包括預(yù)處理部分的硬件電路和算法〉、控制方案(包括控制電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、相應(yīng)的驅(qū)動程序、控制算法〉、決策方案(主要是算法設(shè)計)。
4.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)數(shù)據(jù)模型確定操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)的類型。同時設(shè)計檢索、統(tǒng)計、報表、**管理、故障恢復(fù)等相關(guān)功能模塊的方案。
4.5系統(tǒng)平臺的實施階段
對以上所選定的各種方案進(jìn)行綜合評估，如果滿足設(shè)計需求即可進(jìn)行具體實施。否則需要重新設(shè)計或修改調(diào)整某些部分。
4.6系統(tǒng)的運行和維護(hù)
系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試、試運行后進(jìn)入正式運行，在這其間要不斷進(jìn)行評價、調(diào)整。
5、結(jié)束語
現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步以計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為代表。不斷革新的計算機(jī)技術(shù)，從各個方面影響、引導(dǎo)著各行各業(yè)的技術(shù)革新。數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理技術(shù)作為計算機(jī)技術(shù)的一個重要分支，自從1968年**個商品化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)問世以來，得到了迅速的發(fā)展，隨著計算機(jī)應(yīng)用的不斷深入，數(shù)據(jù)管理的重要性日益為人們所認(rèn)識。虛擬儀器技術(shù)得益于現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)庫技術(shù)和數(shù)據(jù)管理概念的引入將為虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展帶來新的活力和好處。期望本文能對虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用有所裨益。
公安機(jī)關(guān)備案號：
