伯克利在世界范圍內(nèi)擁有崇高的學(xué)術(shù)聲譽(yù)，在其所擁有的100多個子學(xué)科里，有眾多的學(xué)術(shù)大師。曾在伯克利工作和深造的諾貝爾獎得主不少于65位，其中包括22位教授和校友。9位圖靈獎得主更是位居。伯克利與相距不遠(yuǎn)同樣地處美國西海岸的斯坦福，以及東海岸的哈佛、麻省理工一起，被譽(yù)為"美國社會不朽的學(xué)術(shù)脊梁".

　　要開發(fā)一個可靠的嵌入式系統(tǒng)，需要廣泛的技能，包括靜態(tài)代碼分析、實(shí)時運(yùn)行以及傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接口技術(shù)。 我們希望同學(xué)們能完成一系列的實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)課程，強(qiáng)化一個成功的嵌入式工程師所必須掌握的技能。

　　機(jī)器人硬件平臺

　　通過課程實(shí)驗(yàn)作業(yè)，同學(xué)們將體會到如何使用專用于ARMni.com/arm/">單片機(jī)的LabVIEW嵌入式模塊、狀態(tài)圖及ANSI C等多種設(shè)計(jì)工具來控制機(jī)器人。機(jī)器人需要處理傳感器發(fā)送來的真實(shí)世界的數(shù)據(jù)，對它們所處的環(huán)境做出快速反應(yīng)并驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生有意義的物理響應(yīng)，是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的工具。在設(shè)計(jì)課程材料時，我們也采用了LabVIEW直觀的圖形化設(shè)計(jì)工具，為同學(xué)們提供靈活、開放的程序設(shè)計(jì)平臺，使同學(xué)們可混合使用數(shù)據(jù)流、ANSI C和狀態(tài)圖等程序設(shè)計(jì)方法。

　　同學(xué)們從iRobot Create等預(yù)先構(gòu)建好的機(jī)械平臺開始，專注于課程作業(yè)中的軟件及單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。此移動平臺與iRobot Roomba類似，iRobot Roomba是一款配備有車輪驅(qū)動器和30多個傳感器的智能家用吸塵器。但是，它內(nèi)部的8位處理器對于復(fù)雜智能機(jī)器人的控制算法而言并不夠用。因此，加州大學(xué)伯克利分校的工程師們將iRobot Create與Luminary Micro Cortex M3 ARM單片機(jī)連接起來，通過通用異步收發(fā)器（UART）串口傳輸指令。這樣就實(shí)現(xiàn)了一個更耐用、更強(qiáng)大的控制器，創(chuàng)建了更多通用I/O端口，可進(jìn)行高速模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且具備使用LabVIEW和ANSI C程序?qū)C(jī)器人進(jìn)行編程的能力。

　　采用帶有ARM單片機(jī)的iRobot Create平臺，同學(xué)們使用嵌入式軟件技術(shù)將機(jī)器人自主引導(dǎo)到一座小山頂上，并在此過程中避開障礙物。同學(xué)們使用的硬件包括iRobot Create、Luminary Micro ARM Cortex M3、一個加速度計(jì)以及一個用于診斷和通信的藍(lán)牙芯片。初同學(xué)們使用ANSI C對Luminary進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)、中斷以及在不使用操作系統(tǒng)的情況下與傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接。在使用ANSI C開發(fā)出一個可以工作的控制器之后，同學(xué)們開始使用LabVIEW在桌面仿真中對他們的控制器進(jìn)行綜合處理，然后，采用專用于ARM單片機(jī)的LabVIEW嵌入式模塊，使用一個數(shù)據(jù)流、狀態(tài)圖模型與實(shí)時操作系統(tǒng)一起生成的控制程序?qū)C(jī)器人進(jìn)行編程。

　　在上述過程中，同學(xué)們都可以學(xué)習(xí)到建模、靜態(tài)分析、代碼執(zhí)行路徑、程序可達(dá)性分析及實(shí)時系統(tǒng)性能約束的重要性。在iRobot Create平臺上實(shí)施實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐項(xiàng)目使得同學(xué)們體會到了諸多挑戰(zhàn)，如通過傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及專用于ARM單片機(jī)的LabVIEW嵌入式模塊提供的實(shí)時操作系統(tǒng)與真實(shí)世界進(jìn)行交流等。

　　采用專用于ARM 單片機(jī)的LabVIEW嵌入式模塊帶來的優(yōu)勢

　　ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的ARM公司（6張）都是一套的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多性RISC標(biāo)準(zhǔn)的。

　　LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。

　　模型和系統(tǒng)實(shí)施之間的聯(lián)系是加州大學(xué)伯克利分校課程的主旨之一。與傳統(tǒng)的ANSI C比較，采用LabVIEW圖形化程序設(shè)計(jì)語言可以更容易地對并發(fā)和定時進(jìn)行分析和推理。通過將LabVIEW描述與ANSI C實(shí)施進(jìn)行比較，同學(xué)們能夠?qū)η度胧杰浖脑懋a(chǎn)生更深的理解。通過使用LabVIEW,同學(xué)們可以更快地開發(fā)復(fù)雜的功能，從而使整個過程更有滿足感，也更有教育意義。

　　通過充分利用LabVIEW嵌入式圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，同學(xué)們也對代碼生成這一嵌入式行業(yè)不斷發(fā)展的技術(shù)有了更深的體會。擁有了在桌面電腦和實(shí)時嵌入式平臺上執(zhí)行LabVIEW程序的能力，同學(xué)們就可以在為嵌入式目標(biāo)生成代碼之前，先對邏輯執(zhí)行的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。在LabVIEW前面板有一個實(shí)時更新的圖形界面，強(qiáng)化了調(diào)試環(huán)境，使同學(xué)們可以迅速得到結(jié)果。

　　終項(xiàng)目

　　專用于ARM單片機(jī)的LabVIEW嵌入式模塊提高了效率，同學(xué)們得以在更少的時間里學(xué)習(xí)和理解更多的軟件開發(fā)概念。作為課程的一個部分，同學(xué)們需要在10周時間內(nèi)開發(fā)一個自選項(xiàng)目。選擇LabVIEW和ARM硬件的同學(xué)們開發(fā)出來了智能懸停直升機(jī)、密集跟隨的車輛隊(duì)列以及連接到許多傳感器以實(shí)現(xiàn)路徑尋找和地圖繪制的智能車輛機(jī)器人。由于使用LabVIEW,同學(xué)們得以在各種嵌入式應(yīng)用中以非常快速的速度完成軟件的設(shè)計(jì)、模擬及部署。