概覽

　　為您下一個(gè)嵌入式項目或想法創(chuàng )建功能原型系統是得到預算和從高層管理獲得批準的重要步驟。在開(kāi)始原型開(kāi)發(fā)之前，考慮一下您所有需要的工具。另一個(gè)需要記住的重要原則是原型開(kāi)發(fā)應該足夠快速，不應該在原型系統上花費過(guò)多的時(shí)間，投入過(guò)多的資源。

　　使用NI提供的圖形化系統設計工具，用戶(hù)可以快速對嵌入式設計開(kāi)展原型開(kāi)發(fā)。NI LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了與商業(yè)硬件的兼容性，其中包括內建處理器、現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）以及I/O，用戶(hù)可以更快地對嵌入式設計進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)，無(wú)論應用設計醫療、綠色、機器人或是其他快速發(fā)展的領(lǐng)域。在原型開(kāi)發(fā)流程中有許多步驟，從構建軟件體系結構、到連接傳感器和致動(dòng)器、再到開(kāi)發(fā)人機界面（HMI）原型?？紤]以下八個(gè)概念，學(xué)習用戶(hù)如何在對設計進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)的每個(gè)流程中更快地使用圖形化系統設計工具。

　　從高級軟件環(huán)境著(zhù)手

　　在嵌入式市場(chǎng)里有著(zhù)大量的低級硬件和軟件工具，同時(shí)隨著(zhù)嵌入式設計和硬件技術(shù)（多核處理器、FPGA等等）不斷提高的復雜性，要使用現有工具進(jìn)行快速原型設計是困難的。

　　為了節省在軟件原型開(kāi)發(fā)中花費的時(shí)間和金錢(qián)，應當選擇能夠抽象大部分底層工作的工具。使用LabVIEW編程工具進(jìn)行圖形化系統設計為用戶(hù)提供了強大而直觀(guān)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用戶(hù)能夠直接開(kāi)始進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)。LabVIEW具有圖形化特性，帶有數千個(gè)內建函數塊，可以用于信號處理、高級控制、通信、數據采集、記錄等任務(wù)中。此外，LabVIEW能夠在大量復雜的硬件目標上運行，從多核與實(shí)時(shí)處理器直至FPGA。因為用戶(hù)可以使用LabVIEW對FPGA進(jìn)行編程，可以方便地在原型系統中使用這個(gè)技術(shù)，而無(wú)需浪費大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　使用狀態(tài)圖從紙上的設計進(jìn)行過(guò)渡

　　大多數設計或想法是從紙上開(kāi)始的。無(wú)論是寫(xiě)在餐巾紙上還是更正式的書(shū)面計劃，從紙面平穩過(guò)渡到軟件幫助您更快開(kāi)始您的設計。工程師在設計嵌入式系統軟件體系結構中，已經(jīng)使用狀態(tài)圖多年了。在20世紀90年代，狀態(tài)圖被認為是統一建模語(yǔ)言（UML）規范的行為框圖，廣泛用于對嵌入式系統進(jìn)行建模。

　　使用LabVIEW狀態(tài)圖模塊，用戶(hù)可以使用狀態(tài)圖框圖設計軟件組件，使用數據流圖形化編程定義狀態(tài)行為和過(guò)渡邏輯。圖1展示了用戶(hù)如何從紙上的狀態(tài)圖過(guò)渡到LabVIEW狀態(tài)圖。

圖1：從紙上的狀態(tài)圖過(guò)渡到LabVIEW狀態(tài)圖模塊

　　快速連接到I/O以及嵌入式傳感器

　　對于大多數實(shí)時(shí)嵌入式應用而言，連接到實(shí)際的I/O是必須的。因此，在創(chuàng )建原型系統時(shí)，使用工具快速地連接到傳感器和致動(dòng)器是十分重要的。NI提供了豐富的板卡級封裝硬件，其中包括用戶(hù)與任何傳感器進(jìn)行交互的模擬和數字I/O。舉例而言，NI C系列模塊的模塊化特性和靈活性使它們成為原型開(kāi)發(fā)I/O的理想選擇。

圖2：用于將原型系統連接到傳感器的C系列I/O模塊

　　用戶(hù)可以在基于USB的系統中使用C系列模塊，用于連接NI CompactDAQ、無(wú)線(xiàn)設備，甚至例如NI CompactRIO和板卡級NI單板RIO等嵌入式系統。NI和第三方廠(chǎng)商提供了超過(guò)80個(gè)C系列模塊，用于將用戶(hù)的原型系統與模擬、數字、運動(dòng)、通信以及嵌入式傳感器與原型系統進(jìn)行交互。此外，用戶(hù)可以使用LabVIEW工具對所有這些平臺進(jìn)行編程，它提供了與所有這些I/O模塊進(jìn)行交互的驅動(dòng)程序和庫。

　　使用開(kāi)發(fā)式軟件實(shí)現您的IP

　　在大多數情況下，嵌入式設計最重要的部分是嵌入在設計中的控制算法或處理算法，也稱(chēng)為知識產(chǎn)權。在大多數情況下，用戶(hù)可能已經(jīng)擁有以特定形式開(kāi)發(fā)的IP（例如ANSI C、文本數學(xué)、VHDL或其他）。將IP轉換為功能原型系統將會(huì )是耗費時(shí)間的過(guò)程。選擇一個(gè)開(kāi)放環(huán)境，可以將用戶(hù)的IP與原型系統的其他部分整合在一起，這樣可以將工作變得十分簡(jiǎn)單。LabVIEW提供了高級開(kāi)放式環(huán)境，用戶(hù)可以用來(lái)集成任何現存的C、文本數學(xué)以及VHDL IP。

　　將機械仿真與軟件設計進(jìn)行整合

　　“數字原型設計”的概念是將機械設計與軟件設計進(jìn)行連接的流程的新術(shù)語(yǔ)。將控制設計軟件與機械仿真整合在一起幫助您快速開(kāi)發(fā)原型系統仿真。使用數字原型設計，用戶(hù)可以創(chuàng )建虛擬原型系統，而無(wú)需構建機械系統。

　　NI與SolidWorks進(jìn)行合作，為用戶(hù)提供了將機械仿真與控制設計軟件進(jìn)行整合的功能。這個(gè)新功能被加入LabVIEW 2009的NI SoftMotion模塊中，用戶(hù)可以在LabVIEW中構建控制設計算法，將控制功能與SolidWorks機械模型整合在一起，使用真實(shí)的機械模型對控制算法進(jìn)行測試，而無(wú)需構建機械系統。

　　使用包含中間件的運行準備好硬件

　　在嵌入式設計中的最大挑戰之一是創(chuàng )建、調試以及驗證驅動(dòng)程序級軟件棧，將嵌入式系統的所有硬件組件整合在一起。過(guò)去，整合過(guò)程需要用戶(hù)完成，這將嵌入式原型設計流程變得復雜而且耗時(shí)。

　　NI中間件軟件驅動(dòng)程序超出了傳統單板計算機和其他嵌入式系統提供的用于提高生產(chǎn)力、性能以及上市時(shí)間的基本驅動(dòng)程序的范疇。驅動(dòng)程序軟件和其他配置服務(wù)軟件包含在每個(gè)支持可重復配置I/O（RIO）設備中。內建的中間件軟件驅動(dòng)程序工具包含以下功能：

　　·內建函數，用于與模擬、數字、運動(dòng)、通信I/O以及FPGA進(jìn)行交互

　　·傳送函數，用于在FPGA與處理器之間進(jìn)行數據通信

　　·用于將FPGA/處理器與內存之間進(jìn)行交互的方法

　　·用于將處理器與外部設備（RS232串行接口、以太網(wǎng)）進(jìn)行交互的函數

　　·高性能的多線(xiàn)程驅動(dòng)程序

　　不要忽視HMI

　　有時(shí)候，演示想法最簡(jiǎn)單也是最好的方法是通過(guò)HMI，即用戶(hù)界面。如果用戶(hù)可以找到用于快速構建用戶(hù)界面的軟件工具，用戶(hù)可以與潛在的客戶(hù)或投資者一起，在概念設計流程的早期對功能進(jìn)行測試。

圖3：LabVIEW圖形化編程包含內建用戶(hù)界面

　　LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)工具為快速建立用戶(hù)界面提供了多種選項。首先，每個(gè)LabVIEW程序（即VI）包含了應用程序的圖形化代碼和程序的用戶(hù)界面。因此，與其他編程語(yǔ)言不同，用戶(hù)不需要編寫(xiě)大量附加的程序構建用戶(hù)界面，使用LabVIEW，用戶(hù)可以免費得到用戶(hù)界面。在LabVIEW中，提供了數百個(gè)內建用戶(hù)界面項目，從圖表到撥盤(pán)直至三維圖片控件，幫助用戶(hù)為原型系統快速構建HMI。

　　測量原型系統

　　在設計流程的早期完成原型設計的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它為用戶(hù)提供了盡可能完善設計的機會(huì )。越早完成原型系統的開(kāi)發(fā)，也就可以越早地開(kāi)始測試硬件與軟件設計，從而可以建立更加可靠的系統。在許多情況下，用戶(hù)可能需要等到完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)才會(huì )開(kāi)始考慮測試。通過(guò)對原型系統進(jìn)行測試，用戶(hù)不僅能夠建立更可靠的產(chǎn)品，而且還可以更早地開(kāi)始設計生產(chǎn)測試系統。

圖4：來(lái)自NI的測試產(chǎn)品用于測試原型系統

　　在構建原型系統時(shí)，考慮能夠使原型系統設計變得更加簡(jiǎn)單的工具。用戶(hù)可以在原型系統的設計與測試中，使用圖形化系統設計工具。LabVIEW和模塊化測試硬件（基于PC或PXI/CompactPCI技術(shù)）能夠用于原型系統中，幫助用戶(hù)更早地對設計進(jìn)行測試。

　　快速從想法進(jìn)入現實(shí)

　　原型開(kāi)發(fā)是嵌入式設計流程的重要部分。向投資者、客戶(hù)或管理層展示想法功能的能力是為想法得到預算的最佳方法之一。NI圖形化系統設計工具可以在無(wú)需大量開(kāi)發(fā)時(shí)間和大型設計團隊的情況下，快速地完成具備功能的原型系統。在對下一個(gè)設計進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)時(shí)，請考慮使用LabVIEW以及NI原型開(kāi)發(fā)硬件，使原型開(kāi)發(fā)變得更為快捷。