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)應該足夠快速，不應該在原型系統(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)設計工具，用戶可以快速對嵌入式設計開展原型開發(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計進行原型開發(fā)，無論應用設計醫(yī)療、綠色、機器人或是其他快速發(fā)展的領域。在原型開發(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器、再到開發(fā)人機界面（HMI）原型。考慮以下八個概念，學習用戶如何在對設計進行原型開發(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

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，同時隨著嵌入式設計和硬件技術（多核處理器、FPGA等等）不斷提高的復雜性，要使用現(xiàn)有工具進行快速原型設計是困難的。

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、記錄等任務中。此外，LabVIEW能夠在大量復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，而無需浪費大量的開發(fā)時間。

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使用狀態(tài)圖從紙上的設計進行過渡

大多數(shù)設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計。工程師在設計嵌入式系統(tǒng)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(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

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快速連接到I/O以及嵌入式傳感器

對于大多數(shù)實時嵌入式應用而言，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。

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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。

?學習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，也稱為知識產(chǎn)權。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、VHDL或其他）。將IP轉換為功能原型系統(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)學以及VHDL IP。

?學習將C代碼整合到LabVIEW FPGA中的全新工具

?學習如何將實時數(shù)學整合到LabVIEW 2009中

將機械仿真與軟件設計進行整合

“數(shù)字原型設計”的概念是將機械設計與軟件設計進行連接的流程的新術語。將控制設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)字原型設計，用戶可以創(chuàng)建虛擬原型系統(tǒng)，而無需構建機械系統(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，使用真實的機械模型對控制算法進行測試，而無需構建機械系統(tǒng)。

?學習將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，這將嵌入式原型設計流程變得復雜而且耗時。

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軟件包含在每個支持可重復配置I/O（RIO）設備中。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)快速構建HMI。

測量原型系統(tǒng)

在設計流程的早期完成原型設計的另一個優(yōu)點是它為用戶提供了盡可能完善設計的機會。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)

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

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算的最佳方法之一。NI圖形化系統(tǒng)設計工具可以在無需大量開發(fā)時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(tǒng)。在對下一個設計進行原型開發(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。