更快進行原型開發(fā)的八個技術(shù)考慮

概覽

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

使用NI提供的圖形化系統(tǒng)設(shè)計工具，用戶可以快速對嵌入式設(shè)計開展原型開發(fā)。NI LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境提供了與商業(yè)硬件的兼容性，其中包括內(nèi)建處理器、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）以及I/O，用戶可以更快地對嵌入式設(shè)計進行原型開發(fā)，無論應(yīng)用設(shè)計醫(yī)療、綠色、機器人或是其他快速發(fā)展的領(lǐng)域。在原型開發(fā)流程中有許多步驟，從構(gòu)建軟件體系結(jié)構(gòu)、到連接傳感器和致動器、再到開發(fā)人機界面（HMI）原型?？紤]以下八個概念，學(xué)習(xí)用戶如何在對設(shè)計進行原型開發(fā)的每個流程中更快地使用圖形化系統(tǒng)設(shè)計工具。

目錄

1.從高級軟件環(huán)境著手

2.使用狀態(tài)圖從紙上的設(shè)計進行過渡

3.快速連接到I/O以及嵌入式傳感器

4.使用開發(fā)式軟件實現(xiàn)您的IP

5.將機械仿真與軟件設(shè)計進行整合

6.使用包含中間件的運行準備好硬件

7.不要忽視HMI

8.測量原型系統(tǒng)

9.快速從想法進入現(xiàn)實

10.從高級軟件環(huán)境著手

在嵌入式市場里有著大量的低級硬件和軟件工具，同時隨著嵌入式設(shè)計和硬件技術(shù)（多核處理器、FPGA等等）不斷提高的復(fù)雜性，要使用現(xiàn)有工具進行快速原型設(shè)計是困難的。

為了節(jié)省在軟件原型開發(fā)中花費的時間和金錢，應(yīng)當選擇能夠抽象大部分底層工作的工具。使用LabVIEW編程工具進行圖形化系統(tǒng)設(shè)計為用戶提供了強大而直觀的開發(fā)環(huán)境，使用戶能夠直接開始進行原型開發(fā)。LabVIEW具有圖形化特性，帶有數(shù)千個內(nèi)建函數(shù)塊，可以用于信號處理、高級控制、通信、數(shù)據(jù)采集、記錄等任務(wù)中。此外，LabVIEW能夠在大量復(fù)雜的硬件目標上運行，從多核與實時處理器直至FPGA。因為用戶可以使用LabVIEW對FPGA進行編程，可以方便地在原型系統(tǒng)中使用這個技術(shù)，而無需浪費大量的開發(fā)時間。

»學(xué)習(xí)用于原型開發(fā)的最新LabVIEW 2009 FPGA特性

使用狀態(tài)圖從紙上的設(shè)計進行過渡

大多數(shù)設(shè)計或想法是從紙上開始的。無論是寫在餐巾紙上還是更正式的書面計劃，從紙面平穩(wěn)過渡到軟件幫助您更快開始您的設(shè)計。工程師在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)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(tǒng)一建模語言（UML）規(guī)范的行為框圖，廣泛用于對嵌入式系統(tǒng)進行建模。

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

圖1：從紙上的狀態(tài)圖過渡到LabVIEW狀態(tài)圖模塊

»學(xué)習(xí)LabVIEW 2009狀態(tài)圖模塊的最新特性

快速連接到I/O以及嵌入式傳感器

圖2：用于將原型系統(tǒng)連接到傳感器的C系列I/O模塊

用戶可以在基于USB的系統(tǒng)中使用C系列模塊，用于連接NI CompactDAQ、無線設(shè)備，甚至例如NI CompactRIO和板卡級NI單板RIO等嵌入式系統(tǒng)。NI和第三方廠商提供了超過80個C系列模塊，用于將用戶的原型系統(tǒng)與模擬、數(shù)字、運動、通信以及嵌入式傳感器與原型系統(tǒng)進行交互。此外，用戶可以使用LabVIEW工具對所有這些平臺進行編程，它提供了與所有這些I/O模塊進行交互的驅(qū)動程序和庫。

»學(xué)習(xí)如何連接到嵌入式傳感器

使用開發(fā)式軟件實現(xiàn)您的IP

在大多數(shù)情況下，嵌入式設(shè)計最重要的部分是嵌入在設(shè)計中的控制算法或處理算法，也稱為知識產(chǎn)權(quán)。在大多數(shù)情況下，用戶可能已經(jīng)擁有以特定形式開發(fā)的IP（例如ANSI C、文本數(shù)學(xué)、VHDL或其他）。將IP轉(zhuǎn)換為功能原型系統(tǒng)將會是耗費時間的過程。選擇一個開放環(huán)境，可以將用戶的IP與原型系統(tǒng)的其他部分整合在一起，這樣可以將工作變得十分簡單。LabVIEW提供了高級開放式環(huán)境，用戶可以用來集成任何現(xiàn)存的C、文本數(shù)學(xué)以及VHDL IP。

»學(xué)習(xí)將C代碼整合到LabVIEW FPGA中的全新工具

»學(xué)習(xí)如何將實時數(shù)學(xué)整合到LabVIEW 2009中                                                   

將機械仿真與軟件設(shè)計進行整合

“數(shù)字原型設(shè)計”的概念是將機械設(shè)計與軟件設(shè)計進行連接的流程的新術(shù)語。將控制設(shè)計軟件與機械仿真整合在一起幫助您快速開發(fā)原型系統(tǒng)仿真。使用數(shù)字原型設(shè)計，用戶可以創(chuàng)建虛擬原型系統(tǒng)，而無需構(gòu)建機械系統(tǒng)。

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

»學(xué)習(xí)將LabVIEW與SolidWorks進行整合的全新NI SoftMotion工具

使用包含中間件的運行準備好硬件

在嵌入式設(shè)計中的最大挑戰(zhàn)之一是創(chuàng)建、調(diào)試以及驗證驅(qū)動程序級軟件棧，將嵌入式系統(tǒng)的所有硬件組件整合在一起。過去，整合過程需要用戶完成，這將嵌入式原型設(shè)計流程變得復(fù)雜而且耗時。

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

內(nèi)建函數(shù)，用于與模擬、數(shù)字、運動、通信I/O以及FPGA進行交互

傳送函數(shù)，用于在FPGA與處理器之間進行數(shù)據(jù)通信

用于將FPGA/處理器與內(nèi)存之間進行交互的方法

用于將處理器與外部設(shè)備（RS232串行接口、以太網(wǎng)）進行交互的函數(shù)

高性能的多線程驅(qū)動程序

不要忽視HMI

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

圖3：LabVIEW圖形化編程包含內(nèi)建用戶界面

LabVIEW圖形化開發(fā)工具為快速建立用戶界面提供了多種選項。首先，每個LabVIEW程序（即VI）包含了應(yīng)用程序的圖形化代碼和程序的用戶界面。因此，與其他編程語言不同，用戶不需要編寫大量附加的程序構(gòu)建用戶界面，使用LabVIEW，用戶可以免費得到用戶界面。在LabVIEW中，提供了數(shù)百個內(nèi)建用戶界面項目，從圖表到撥盤直至三維圖片控件，幫助用戶為原型系統(tǒng)快速構(gòu)建HMI。

測量原型系統(tǒng)

在設(shè)計流程的早期完成原型設(shè)計的另一個優(yōu)點是它為用戶提供了盡可能完善設(shè)計的機會。越早完成原型系統(tǒng)的開發(fā)，也就可以越早地開始測試硬件與軟件設(shè)計，從而可以建立更加可靠的系統(tǒng)。在許多情況下，用戶可能需要等到完成產(chǎn)品開發(fā)才會開始考慮測試。通過對原型系統(tǒng)進行測試，用戶不僅能夠建立更可靠的產(chǎn)品，而且還可以更早地開始設(shè)計生產(chǎn)測試系統(tǒng)。

圖4：來自NI的測試產(chǎn)品用于測試原型系統(tǒng)

在構(gòu)建原型系統(tǒng)時，考慮能夠使原型系統(tǒng)設(shè)計變得更加簡單的工具。用戶可以在原型系統(tǒng)的設(shè)計與測試中，使用圖形化系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)中，幫助用戶更早地對設(shè)計進行測試。

快速從想法進入現(xiàn)實

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

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對于大多數(shù)實時嵌入式應(yīng)用而言，連接到實際的I/O是必須的。因此，在創(chuàng)建原型系統(tǒng)時，使用工具快速地連接到傳感器和致動器是十分重要的。NI提供了豐富的板卡級封裝硬件，其中包括用戶與任何傳感器進行交互的模擬和數(shù)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發(fā)I/O的理想選擇。