【文章內(nèi)容簡介】 類結(jié)合了語言（汲取了其他三類語言的長處或綜合了其他三類語言的思想）。由于篇幅限制，本文只介紹了以上語言的主要特點。1．硬件語言Verilog和視覺硬件描述語言（超高速集成電路硬件描述語言）是用于硬件描述和建模的最通用的語言。這兩種離散事件語義的模型系統(tǒng)都忽視高效仿真設(shè)計的閑置部分。這兩個層次的描述系統(tǒng)配有結(jié)構(gòu)制度：一個系統(tǒng)由原語類型群，或者其他群，或并發(fā)進程組成。下面做出明確連接。Verilog提供專門針對具體硬件仿真的原語。視覺硬件描述語言的原語是例如a=b + c的賦值或程序代碼。 Verilog添加晶體管和邏輯門原語，并允許用真值表來定義新的功能。這兩種語言都允許按程序用并發(fā)進程描述。這種處理睡眠狀態(tài)一直持續(xù)，直到有一個事件使得他們運行，讀寫變量，然后暫停。處理可能會等待一段時間，一個值的變化。視覺硬件描述語言通信更規(guī)范，更靈活。 Verilog的通信通過電線或地區(qū)：共享內(nèi)存位置可能會引出競爭狀況。視覺硬件描述語言的信號像電線般運作，但像該決議的功能可能是用戶自定義的。除非被聲明為共享，一般視覺硬件描述語言的變量都是本地的一個單一的過程。Verilog語言的系統(tǒng)軟件類型有四值向量和用于建立存儲器模型的陣列。視覺硬件描述語言不包括四值向量，但其類型系統(tǒng)可以允許植入。此外，諸如C結(jié)構(gòu)可以定義為復(fù)合類型?？偟膩碚f，是精簡的Verilog語言是一種相對于模擬向數(shù)字集成電路來說更直接的學(xué)習語言。視覺硬件描述語言是一個更大，更復(fù)雜的語言，能夠掌握更廣泛層次的仿真和建模任務(wù)。2．軟件語言 軟件語言描述一個處理器的指令執(zhí)行序列。因此，大多數(shù)包含通過內(nèi)存來溝通的必要指令序列，一個序列會一直維持它的數(shù)值直到改變數(shù)組。每個機器指令通常并不多一點，比如說，兩個數(shù)相加，如此高層次的語言，旨在使得許多指示顯得簡潔和直觀。算術(shù)表達式是十分典型的：編碼表達式如ax2+bx+c這種機器代碼簡單，乏味，并最好由一個編譯器完成。C語言提供了這樣的表達，控制流結(jié)構(gòu)，如循環(huán)和條件，并遞歸函數(shù)。在C + +語言中，加入了一些分類作為一種來建立新的數(shù)據(jù)類型，為多態(tài)代碼建模，處理錯誤異常，和一個通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的標準庫。 Java是一種更高層次的語言，它提供無用信息自動收集，運用線程和監(jiān)視器同步它們。匯編語言匯編語言程序是在一種以象征性的，人類可讀的形式書面的一系列處理器指令。每個指令包括一項操作如加上一些標旗操作數(shù)。例如，添加R5的和R2，R4可能添加寄存器R2和R4的內(nèi)容，并把結(jié)果寫入R5的。這種算術(shù)指令按照指令順序執(zhí)行，但分支指令可以通過改變處理器的程序計數(shù)器的指令地址來有條件的和循環(huán)執(zhí)行。一個處理器的匯編語言是由它的運算尋址方式，寄存器代碼和存儲器定義的。在操作碼區(qū)分，也就是說，除了從條件分支和尋址模式定義如何以及在何處收集和存儲數(shù)據(jù)。寄存器可以被看作是小型快速易于訪問的內(nèi)存塊。C語言C程序（控制程序）包含有循環(huán)和條件指令結(jié)構(gòu)在C程序中的算術(shù)表達式的順序運行內(nèi)置功能，但如條件式循環(huán)控制流量結(jié)構(gòu)可以影響順序執(zhí)行指令。當控制到達表達調(diào)控中的一個函數(shù)調(diào)用傳遞給被調(diào)用的函數(shù)，它運行著直到它產(chǎn)生一個結(jié)果，并控制返回繼續(xù)評估調(diào)用的函數(shù)表達式。C程序的類型來自這些直接操縱的處理器：有符號的和無符號從字節(jié)到詞和浮點數(shù)字和指位器整合在一起。這些可以進一步分為數(shù)組和結(jié)構(gòu)，命名字段組匯總。C程序中使用三種類型的存儲器。在程序編譯時分配全局數(shù)據(jù)的空間，堆棧存儲分配和釋放時，自動變量的函數(shù)被調(diào)用和返回，堆用品的任意大小的內(nèi)存區(qū)域，可按任何順序處理。C + +C + +在C程序的基礎(chǔ)上為大程序擴展的機制：用戶定義的數(shù)據(jù)類型，一種用不同形式重復(fù)使用代碼命名組對象的名空間，以避免在方案件匯編的時候出現(xiàn)意外的名字發(fā)生矛盾，處理錯誤例外。C + +標準庫提供了重要和強大的共同類和接口，包括容器，迭代器和算法的集合。 一個類通過指定其可訪問和修改的表現(xiàn)和操作來定義一個新的數(shù)據(jù)類型。類可以通過繼承來定義，它擴展和修改現(xiàn)有的類。例如，一個矩形類可以補充到長度和寬度領(lǐng)域，面矩法改變一個類。模板是一種可以用多種方式使用的特殊函數(shù)或類。編譯器為生成每個模板的不同使用生成自定義代碼。例如，同樣分模板既可以用于整數(shù)和浮點數(shù)。JavaJava語言與C + +相似，但不兼容。和C + +一樣，Java是可面向?qū)ο?，提供類和繼承。這是一個比C + +高級的語言，因為它使用的是對象引用，數(shù)組和指針，而不是字符串。 Java的自動無用信息收集使程序員從內(nèi)存管理中解放出來。Java提供了并發(fā)線程。創(chuàng)建一個線程涉及擴展線程類，創(chuàng)建這些對象的實例，并調(diào)用其啟動方法來開創(chuàng)一種新的控制去執(zhí)行目標運作路線。當兩個或多個線程試圖同時訪問同一個對象時，同步方法或塊需要使用一個對象鎖來解決爭議。一個線程試圖獲取另一個線程擁有的鎖會被阻斷，直到釋放，這可允許一個線程獨占訪問某個特定對象。實時操作系統(tǒng)許多嵌入式系統(tǒng)使用實時操作系統(tǒng)（RTOS）以模擬一個單處理器的并發(fā)性。一個實時操作系統(tǒng)管理多個正在運行的進程，每個都編寫在一個連貫的語言中，如C語言。處理器進行系統(tǒng)的計算，實時操作系統(tǒng)安排他們，試圖應(yīng)付決定哪個進程運行時的最后期限。大多數(shù)的實時操作系統(tǒng)使用固定優(yōu)先級搶占調(diào)度，當系統(tǒng)設(shè)定之后，每個進程都有一個特定的優(yōu)先級（一個小整數(shù)）時。在任何時間，實時操作系統(tǒng)都運行最高優(yōu)先級運行的進程，這是為了在暫停來等待更多的數(shù)據(jù)前的運行一段時間。通常使用速率單調(diào)分析來分配優(yōu)先次序，這賦予頻繁常遭遇靜止行的處理器更高的優(yōu)先次序。數(shù)據(jù)流語言數(shù)據(jù)流語言描述同時運行的通過隊列流程溝通的程序處理器系統(tǒng)。雖然在一般的應(yīng)用程序里很笨拙，但是數(shù)據(jù)流語言領(lǐng)域完美配合了信號處理算法，它使用了大量從線性系統(tǒng)理論推導(dǎo)出的算法解碼，壓縮，或篩選數(shù)據(jù)流來表現(xiàn)如聲音或者影像這種不斷變化的價值觀定期樣本。數(shù)據(jù)流語義自然的表現(xiàn)了方框圖，而這些方框圖通常用來描述信號處理算法，而它們的規(guī)律使數(shù)據(jù)流的實現(xiàn)顯得非常有效，因為其他昂貴的運行調(diào)度決策可在編譯中作出，甚至包含多種采樣率的系統(tǒng)?？ǘ髁鞒叹W(wǎng)絡(luò)卡恩流程網(wǎng)絡(luò)形成一個數(shù)據(jù)流計算的正式基礎(chǔ)?？ǘ鞯南到y(tǒng)通過無界點至點先入先出隊列溝通的流程。從登陸端閱讀會讓進程等待直到數(shù)據(jù)可用，因此卡恩網(wǎng)絡(luò)的行為并不取決于執(zhí)行速度。平衡處理器的相對執(zhí)行率，以避免無界積累的標識是卡恩網(wǎng)絡(luò)在調(diào)度的一個挑戰(zhàn)。任何處理器被編寫一個完整的緩沖會閉塞直到空間可用，但如果系統(tǒng)因為所有緩沖區(qū)已滿而死鎖，那調(diào)度程序就增加了最小的緩沖能力。 同步數(shù)據(jù)流同步數(shù)據(jù)流在修復(fù)在卡恩網(wǎng)絡(luò)里的阻塞通信模式。每次1個區(qū)段運行時，它在每一個數(shù)據(jù)端口里消耗和生產(chǎn)出固定的數(shù)據(jù)標識。這種可預(yù)見性使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)功能 能夠在編譯時完全的安排好，生成十分高效的代碼。安排執(zhí)行分兩個步驟。首先，通過考慮每個防火墻在數(shù)據(jù)收發(fā)次序時的不同生產(chǎn)率和消耗率來決定設(shè)定每個防火墻的速度。一旦利率確定，任何無網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)情況下模擬的執(zhí)行將會產(chǎn)生正確的安排，如果那個安排存在的話。然而，更加先進的技術(shù)通過更多的指定防火墻的執(zhí)行而減少了合成碼?；旌险Z言混合語言結(jié)合了別人的想法來解決不同類型的問題。通過混合軟件式的控制流與硬件的同步并發(fā)性，Esterel在離散控制上十分擅長。通信協(xié)議是規(guī)范和描述語言的優(yōu)勢，它使用擴展的有限狀態(tài)機和單輸入序列。C系統(tǒng)在C++基礎(chǔ)上提供了一個靈活的離散事件仿真環(huán)境。 CoCentricTM系統(tǒng)工作室結(jié)合了Esterel式的有限自動機語義的數(shù)據(jù)流來模擬合成同樣需要控制的數(shù)據(jù)流應(yīng)用。EsterelEsterel結(jié)合了強制性軟件語言的控制結(jié)構(gòu)和并發(fā)性和優(yōu)先權(quán)，以及用于同步數(shù)字電路的類時同步模型。在每一個時鐘脈沖周期里，則程序則開始運行，讀取輸入，執(zhí)行輸出和暫停。Esterel通過一個信號來通訊，這種信號在各個周期里出現(xiàn)或不出現(xiàn)都有可能。在每一個周期里，每個信號都不出現(xiàn)，除非是信號的發(fā)射陳述中運行了使得信號在該周期出現(xiàn)。Esterel承諾保證每一個信號發(fā)射器在任何測試信號的語句運行前正常。規(guī)范和描述語言規(guī)范和描述語言是一個為了描述由國際電信聯(lián)盟定義的電信議定書的圖形化的規(guī)范語言。系統(tǒng)包含一個同時運行的有限狀態(tài)機，每一個都有一個單獨的輸入次序，由定義攜帶信息的通道連接。每個有限狀態(tài)機消耗其序列中的最新消息，通過改變內(nèi)部狀態(tài)或發(fā)送信息到其他有限狀態(tài)機來對它做出反應(yīng)，然后進入下一個狀態(tài)的變化并重復(fù)這個過程。每個有限狀態(tài)機是確定性的，但是因為來自其他有限狀態(tài)機的消息可能由于不同的執(zhí)行速度與通信延遲而有任意的次序，所以一個規(guī)范和描述語言系統(tǒng)可能表現(xiàn)出不確定性秩序。系統(tǒng)C系統(tǒng)C語言是一個用于系統(tǒng)建模的C + +子集。 系統(tǒng)C規(guī)范的模擬通過用標準的C + +編譯器來編譯。系統(tǒng)C語言以Verilog和視覺硬件描述語言式的模塊為基礎(chǔ)建立系統(tǒng)。每個都有一個輸入/輸出端口，并可能包含其他由C + +代碼的防火墻定義模塊實例或處理器。系統(tǒng)C采用離散事件仿真模型。系統(tǒng)C調(diào)度程序執(zhí)行代碼來響應(yīng)如一個時鐘信號或者延遲的事件。在這種模式與Verilog和VHDL使用的相類似，但有與通用編程語言的操作靈活性。合作中心的系統(tǒng)工作室合作中心的系統(tǒng)StudioTM使用結(jié)合卡恩式數(shù)據(jù)流和分層與有限狀態(tài)機的層級形式主義。中央結(jié)算模式是按數(shù)據(jù)流、及、或，和門控模式的層次建立的。數(shù)據(jù)流模型是卡恩處理網(wǎng)絡(luò)。該模塊可在C + +的子集或其他流層次模型基元中書寫。及模式和Esterel式的同步語義同步運行?；蚰Ｐ褪强梢圆倏v數(shù)據(jù)有限狀態(tài)機，其狀態(tài)可能包含其他模式。門控模型包含一些子模式，那些子模式的執(zhí)行在外部控制下可暫時停止。第三課 虛擬儀器課文A：關(guān)于虛擬儀器美國國家儀器有限公司（NI）在虛擬儀器領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先地位，僅去年就銷售了600多萬臺新測量儀器。工程師使用虛擬儀器的時間已經(jīng)超過25年，他們將靈活的軟件和PC技術(shù)應(yīng)用于測試、控制和設(shè)計領(lǐng)域。這篇文章很好地介紹了虛擬儀器，并為后續(xù)研究提供資料。什么是虛擬儀器？通過虛擬儀器，基于用戶需求的軟件定義了通用測量和控制硬件功能。虛擬儀器將主流商業(yè)技術(shù)，比如PC機，與靈活的軟件和多種測量控制硬件相結(jié)合，使得工程師和科學(xué)家能根據(jù)用戶的確切應(yīng)用需求組成用戶自定義系統(tǒng)（見圖1）。虛擬儀器能使工程師和科學(xué)家減少開發(fā)時間，設(shè)計更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，并降低產(chǎn)品的設(shè)計成本。虛擬儀器測試、控制、設(shè)計的核心技術(shù)高效的軟件同步硬件模塊化I/0圖1 虛擬儀器系統(tǒng)NI公司在25年前引進了虛擬儀器，改變了工程師和科學(xué)家們測量以及實現(xiàn)周圍世界自動化的方式。2004年，NI公司在90個國家售出了600多萬虛擬儀器信道。目前，虛擬儀器已經(jīng)被廣泛認可，在世界工業(yè)領(lǐng)域，從汽車到消費者電子儀器，再到石油和汽油已有數(shù)千個應(yīng)用領(lǐng)域。為什么我們需要虛擬儀器？虛擬儀器之所以必要，是因為它提供了與今天的理念、產(chǎn)品要求相適應(yīng)的快速檢測儀器和過程的設(shè)計、開發(fā)和交付。只有采用虛擬儀器，工程師和科學(xué)家們才能適應(yīng)不斷變化的需求，組成由用戶定義的設(shè)備。為了滿足不斷增長的需求，更快地創(chuàng)新理念和交付產(chǎn)品，科學(xué)家和工程師們求助于先進的電子設(shè)備、處理器和軟件。想想大多數(shù)現(xiàn)代手機都包含上一代的最新特征，包括錄音、電話薄和文本消息功能。新一代的版本則包含了相機、MP3播放器、藍牙網(wǎng)絡(luò)和英特網(wǎng)瀏覽功能。由于軟件在這些設(shè)備中起到了越來越重要的作用，使得先進電子設(shè)備功能不斷增加成為可能。工程師和科學(xué)家不用改變硬件就能在設(shè)備中增加新功能，因此無需進行大成本的硬件重開發(fā)便可改進理念和產(chǎn)品，并延長了產(chǎn)品壽命和使用，縮短了產(chǎn)品交付時間。工程師和科學(xué)家們可通過軟件改進設(shè)備功能，而不用為具體的工作進一步開發(fā)專門的電子設(shè)備。然而，功能的增加也帶來了價格的提高。功能升級可能會引入了不可預(yù)見的交互和錯誤。設(shè)備級的軟件能快速開發(fā)、擴展系統(tǒng)功能，而設(shè)計與測試設(shè)備必須為這些功能提供驗證工具。滿足上述需要的唯一方法是仍采用以軟件為中心的測試和控制系統(tǒng)。虛擬儀器使用高效的軟件、模塊化的I/O和商業(yè)平臺，所以對保持與新概念和產(chǎn)品開發(fā)速度同步有獨特的定位。NI公司開發(fā)的軟件平臺LabVIEW是最初的虛擬儀器圖形化開發(fā)環(huán)境，它使用標志或者圖標加速開發(fā)，該軟件形象地反映了功能，可以通過快速調(diào)用圖塊實現(xiàn)功能強化。 其次，虛擬儀器單元是模塊化的I/O，設(shè)計成能以任何順序和數(shù)量快速地進行合并來確保虛擬儀器能夠監(jiān)視控制開發(fā)中的任何問題。工程師和科學(xué)家使用優(yōu)秀的軟件來驅(qū)動模塊化I/O，能在并行操作中快速存取功能塊。再者，使用商業(yè)平臺的虛擬儀器單元通常能加強精確同步，保證虛擬儀器利用最近的計算機能力和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。這些因素使得虛擬儀器成為一種影響處理器、總線等產(chǎn)業(yè)技術(shù)投資力度的長線技術(shù)?？傊夹g(shù)創(chuàng)新要求軟件加速新概念和產(chǎn)品的開發(fā)，同時需要儀器快速適應(yīng)新功能。由于虛擬儀器使用了有關(guān)軟件、模塊化I/O和商業(yè)平臺，使得它具有與目前的概念和產(chǎn)品研發(fā)保持同步的獨一無二的性能。為什么虛擬儀器如此成功？虛擬儀器為建立測量和自動化系統(tǒng)提供了一個新模型，因此被廣泛采用。成功的關(guān)鍵包括個人電腦的快速發(fā)展；激增的低成本、高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（半導(dǎo)體）的開發(fā)以及系統(tǒng)設(shè)計軟件的出現(xiàn)。這些因素使得虛擬儀器系統(tǒng)可以具有非常廣泛的用戶基礎(chǔ)。特別地，PC機的性能在過去的20年間提高了10000x以上（見圖2）。虛擬儀器利用PC性能的提高來進行分析測量，并解決了新一代PC處理器、硬驅(qū)動、顯示和I/O總線應(yīng)用時出現(xiàn)的新問題?；陔娔X的虛擬儀器能夠被成功采納就得益于這些快速進步，以及在學(xué)校及早開設(shè)電腦技術(shù)課程的總體趨勢。圖2 PC機10，000倍性能提升幫助提高虛擬儀器系統(tǒng)的性能虛擬儀器的另一個動力是高性能、低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的增多。例如無線通訊和高清視頻等應(yīng)用持續(xù)不斷地影響著這些技術(shù)。而傳統(tǒng)的專利轉(zhuǎn)換技術(shù)似乎前進得很慢，商用半導(dǎo)體技術(shù)趨于遵循摩爾氏定律，即每18個月性能翻倍。虛擬儀器硬件使用這些廣泛可行的半導(dǎo)體，從而遞送到高性能測量前端。系統(tǒng)設(shè)計軟件促進了虛擬儀器的發(fā)展，這些軟件為設(shè)計特定儀器系統(tǒng)提供了直觀的接口。L