CSPM 開(kāi)放式軟件（CSPM OSS）

具備超媒體用戶界面的納米操縱工具（點(diǎn)擊進(jìn)入）

CSPM開(kāi)放式軟件系統(tǒng)(CSPM Open Source Software)的目的是讓二次開(kāi)發(fā)用戶可以從復(fù)雜的儀器功能編程中解脫出來(lái)，將精力集中在具體的功能擴(kuò)展上，大幅度降低開(kāi)發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期。

CSPM掃描探針顯微鏡系統(tǒng)(SPM)的架構(gòu)如下圖:

SPM 開(kāi)放式軟件系統(tǒng)（CSPM OSS）被劃分為兩個(gè)部分：SPM Console和SPM Kernel。

SPM Console軟件負(fù)責(zé)向用戶提供一個(gè)界面,讓用戶輸入各種指令,并將各種儀器的狀態(tài)和信息顯示給用戶。例如，SPM Console軟件上有一個(gè)激光電源按鈕，用戶可以用鼠標(biāo)按下該按鈕，指示儀器打開(kāi)激光電源；SPM Console軟件也可以將顯微鏡所采集到的圖像顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。

SPM Kernel軟件在用戶界面軟件（SPM Console）和掃描探針顯微鏡(SPM)系統(tǒng)硬件之間架起一道橋梁，SPM Console軟件將用戶的指令發(fā)送給SPM Kernel軟件，SPM Kernel軟件對(duì)收到的軟件進(jìn)行解釋，并對(duì)SPM硬件進(jìn)行相應(yīng)操作，實(shí)現(xiàn)用戶指令。同時(shí)，SPM Kernel對(duì)SPM硬件系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行采集和調(diào)度，以保證硬件正常運(yùn)作，并向SPM Console報(bào)告各種信息，讓用戶可以實(shí)時(shí)了解儀器狀態(tài)并觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

系統(tǒng)軟件劃分為兩個(gè)層次，可以將復(fù)雜的、高要求的、難以理解的硬件流程封裝在SPM Kernel軟件中，用戶不需要全面了解系統(tǒng)硬件的技術(shù)信息，就可以快速高效地編寫(xiě)滿足自己需要的軟件。

一般情況下，SPM Console軟件的源代碼是向用戶開(kāi)放的，用戶可以對(duì)源代碼進(jìn)行修改和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)新的功能。

SPM Console采用Microsoft Visual C#語(yǔ)言編寫(xiě)。選擇C#的原因是：C#是一門設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、面向?qū)ο蟆㈩愋桶踩?、靈活兼容（.Net框架的支持）的新型面向組件編程語(yǔ)言。其語(yǔ)法風(fēng)格源自C/C++家族，并融合了Visual Basic的高效和C/C++的靈活性、強(qiáng)大底層控制能力，是Microsoft.Net平臺(tái)的主流語(yǔ)言。

SPM Console OSS 1.0軟件是一個(gè)開(kāi)放源代碼的軟件，為用戶提供了一個(gè)全面完整的范例。用戶可以對(duì)該軟件進(jìn)行修改和擴(kuò)充，以滿足自己的特殊要求。

下面舉一個(gè)例子，以說(shuō)明用戶在CSPM OSS上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)易性。

舉例：開(kāi)發(fā)納米加工程序

本例的目的是對(duì)SPM Console進(jìn)行修改，以滿足在樣品上進(jìn)行納米加工，刻畫(huà)出一個(gè)“Z”型的字母來(lái)。

其工作原理是，將探針和樣品進(jìn)行逼近，然后，關(guān)閉探針樣品反饋機(jī)制，將探針壓向樣品，然后讓探針在樣品上按字母Z的路徑移動(dòng)，達(dá)到在樣品上加工的目的。

探針在樣品上的刻畫(huà)路徑如下圖所示：

整個(gè)過(guò)程為：先將探針移動(dòng)到點(diǎn)1，沿著線段1-2向點(diǎn)2移動(dòng)，到達(dá)點(diǎn)2后，沿著線段2-3向點(diǎn)3移動(dòng)，到達(dá)點(diǎn)3后，沿線段3-4移動(dòng)到點(diǎn)4。在移動(dòng)過(guò)程中，探針實(shí)際上是在沿線的若干節(jié)點(diǎn)上（如圖中黑點(diǎn)所示）停頓一段時(shí)間。
欲實(shí)現(xiàn)上述功能，使用CSPM OSS平臺(tái)，您只需寫(xiě)20行代碼就可以實(shí)現(xiàn)了：

float x0 = -(float)numericScope.Value/2; // 筆劃一起點(diǎn)的X坐標(biāo)
float y0 = -(float)numericScope.Value/2; // 筆劃一起點(diǎn)的Y坐標(biāo)
float x1 = +(float)numericScope.Value/2; // 筆劃三終點(diǎn)的X坐標(biāo)
float y1 = +(float)numericScope.Value/2; // 筆劃二終點(diǎn)的Y坐標(biāo)
// 計(jì)算每走一步需要延遲多少毫秒
int delayMS = (int)numericPeriod.Value/(STEP*3);
float volt = (float)numericVolt.Value; // 驅(qū)動(dòng)探針往樣品上壓的電壓
// 將探針移動(dòng)到'Z'的起點(diǎn)
Machine.SetX0Y0(x0, y0);
// 關(guān)閉反饋
Machine.SetDO(DO_FEEDBACK, 0);
// 輸出電壓，將探針往樣品上壓(DA通道10的作用是在掃描器陶瓷管Z方向上疊加一個(gè)電壓)
Machine.SetDAVolt(10, volt);
// 移動(dòng)探針，刻畫(huà)個(gè)筆劃，從點(diǎn)1移動(dòng)到點(diǎn)2
for (int i=0; i<STEP; i++)
{
Machine.SetX0Y0(x0+(x1-x0)*i/STEP, y0); // 走一步
Thread.Sleep(delayMS); // 延遲
}
// 移動(dòng)探針,刻畫(huà)第二個(gè)筆劃，從點(diǎn)2移動(dòng)到點(diǎn)3
for (int i=0; i<STEP; i++)
{
Machine.SetX0Y0(x1-(x1-x0)*i/STEP, y0+(y1-y0)*i/STEP);
Thread.Sleep(delayMS);
}
// 移動(dòng)探針,刻畫(huà)第三個(gè)筆劃，從點(diǎn)3移動(dòng)到點(diǎn)4
for (int i=0; i<STEP; i++) {
Machine.SetX0Y0(x0+(x1-x0)*i/STEP, y1);
Thread.Sleep(delayMS);
}
// 將DA通道的輸出電壓恢復(fù)為0
Machine.SetDAVolt(10, 0);
// 恢復(fù)反饋
Machine.SetDO(DO_FEEDBACK, 1);

　

典型應(yīng)用

具備超媒體用戶界面的納米操縱工具

沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的研究人員利用CSPM OSS和本原的掃描探針顯微鏡(SPM)系統(tǒng)，結(jié)合Phantom操縱桿，構(gòu)建了一個(gè)納米操縱平臺(tái)。利用該平臺(tái)，用戶可以通過(guò)操縱桿，控制探針對(duì)樣品進(jìn)行納米操縱，在操縱過(guò)程中，用戶還可以通過(guò)操縱桿感知樣品對(duì)探針產(chǎn)生的作用力大小和方向，在操縱過(guò)程中增加了觸覺(jué)感知能力。在CSPM OSS之上，開(kāi)發(fā)人員不需要了解SPM的硬件控制細(xì)節(jié)，甚至不需要了解軟件是如何對(duì)SPM進(jìn)行控制的，便可以快速地在本原SPM的基礎(chǔ)上增加硬件和軟件，構(gòu)建出具備超媒體用戶界面的納米操縱平臺(tái)。