概覽

　　隨著嵌入式系統(tǒng)日益普及，機器制造商、測試工程師、控制工程師等許多領(lǐng)域的都需要嵌入式技術(shù)來開發(fā)系統(tǒng)，而他們目前又都不具備開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的技能。嵌入式系統(tǒng)是"控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置"（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個普遍被認同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對功能、對可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由以下幾部分組成： 隨著系統(tǒng)日趨復(fù)雜，隨著需要該技術(shù)的非嵌入式日益增多。

　　圖 1. LabVIEW的并行定時循環(huán)直觀地顯示出并行任務(wù)

　　文本代碼令各領(lǐng)域的眾多們難以實現(xiàn)該水平的定時與并行；而圖形化表示對于科學(xué)家和工程師而言，卻顯得更為清晰、更易訪問。如果LabVIEW范例被擴展至包括FPGA和微處理器的芯片，您會發(fā)現(xiàn)：LabVIEW還能以同樣的一致性和可升級性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與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機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。

　　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的另一項關(guān)鍵需求是：軟件平臺應(yīng)當用于實時嵌入式設(shè)計常用的各類算法設(shè)計瀏覽。Edward Lee博士身為伯克利（Berkeley）地區(qū)加利福尼亞大學(xué)（University of California）在嵌入式軟件平臺方面的研究，將設(shè)計瀏覽統(tǒng)統(tǒng)視作運算模型 .這些運算模型與系統(tǒng)設(shè)計師瀏覽系統(tǒng)的方式匹配，降低了將系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)換為軟件設(shè)計的復(fù)雜性。

　　許多嵌入式系統(tǒng)可自主運行，需要并行處理許多有特殊定時要求的任務(wù)。假設(shè)某個機器控制系統(tǒng)用以控制直線臺、旋轉(zhuǎn)多軸、控制照明并讀取視頻數(shù)據(jù)；在這樣一個系統(tǒng)中，則必須以確定、實時、并行的方式開展多進程。若在此類應(yīng)用中采用C等傳統(tǒng)且基于文本的工具，會令復(fù)雜性立刻提高。LabVIEW相反卻可借助自身功能，輕松開發(fā)復(fù)雜編程和定時模型。早在20多年之前，NI便創(chuàng)造出具有LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境形式的組件和技術(shù)。

　　在過去的幾年里，LabVIEW已經(jīng)擴展性地納入了多種運算模型，從而更好滿足了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師及其各種技術(shù)裝置的需求。 LabVIEW現(xiàn)已包括基于文本的數(shù)學(xué)、連續(xù)時間仿真、狀態(tài)圖和圖形化數(shù)據(jù)流模式，用以代表各類算法。LabVIEW還納入交互式工具，從而推進數(shù)字濾波器、控制模型、數(shù)字信號處理算法的設(shè)計體驗，令此類垂直應(yīng)用的設(shè)計更為簡易?！　∩逃矛F(xiàn)成建模平臺

　　如前所述，由于許多設(shè)計延遲或是根本無法面市，甚至更糟；由于設(shè)計會在推出之后宣告失敗，我們必須采取行動，確保以更短的時間獲得更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。一舉兩得的途徑之一便是：通過更快地在設(shè)計中集成實際信號和實際硬件，更好地建模系統(tǒng)，從而實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)設(shè)計的迭代并能更早發(fā)現(xiàn)（并解決）問題。

　　如 圖 2的設(shè)計過程所示，LabVIEW FPGA模塊能夠?qū)abVIEW設(shè)計到NI的FPGA硬件上；LabVIEW已能夠通過該模塊，將算法設(shè)計與邏輯設(shè)計相互結(jié)合?，F(xiàn)在我們可以集中精力，探尋縮短硬件路徑的效率與手段。

　　圖 2. 反映軟件和硬件獨立設(shè)計過程的典型性嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計過程

　　目前，若您在為終的部署創(chuàng)建自定義硬件，則很難并行開發(fā)軟件和硬件。因為只有進入系統(tǒng)集成階段，軟件方能在實際的硬件上接受測試。此外，您并不希望進行純理論型的軟件開發(fā)；在系統(tǒng)集成測試階段納入I/O并通過實際信號測試設(shè)計，可能造成：發(fā)現(xiàn)問題時為時已晚，因而無法按時完成設(shè)計。

　　許多設(shè)計者目前采用測試板卡一類的方式，建模系統(tǒng)。然而，此類板卡往往只包括少數(shù)的模擬和數(shù)字I/O通道，很少包括視覺、運動或同步I/O的能力。此外，設(shè)計師往往只是為證明概念，便不得不將時間浪費在開發(fā)傳感器或特定I/O的自定義板卡上。

　　如 圖 3 所示，通過靈活的COTS建模平臺，COTS是commercial off-the-shelf的縮寫，意為商品化的產(chǎn)品和技術(shù)。當前對于應(yīng)用在某一特定環(huán)境的測控系統(tǒng)，人們已很少像過去那樣開發(fā)研制專用的軟硬件設(shè)備，而是利用市場上的各類產(chǎn)品和技術(shù)（COTS）去集成所需的測控系統(tǒng)。毫無疑問，與開發(fā)專用系統(tǒng)相比，采用COTS組件的系統(tǒng)集成是既省力又省錢的方法，這對于批量少、專用于某一場合的測控系統(tǒng)來說尤為如此。 COTS技術(shù)一方面體現(xiàn)了軍方對測試需求商業(yè)化和采用開放式工業(yè)標準、互換性、互操作性的要求，另一方面體現(xiàn)了測試儀器標準向計算機相關(guān)標準靠攏的趨勢。您卻能真正簡化該過程，并省去許多配合硬件驗證和板卡設(shè)計的工作。

　　Figure 3. Stream-lined development flow with Graphical System Design

　　對于許多系統(tǒng)而言，建模平臺必須納入與終發(fā)布完畢的系統(tǒng)相同的組件。這些組件通常是：用于執(zhí)行確定算法的實時處理器、用于高速處理或?qū)崟r處理器連至其他組件的可編程數(shù)字邏輯，以及各類I/O與外設(shè) [圖 4].，若I/O在與各個系統(tǒng)配合使用時，無法滿足您的全部需要，平臺也應(yīng)能在需要時得到擴展并接受定制。

　　圖 4. 嵌入式系統(tǒng)的典型組件

　　National Instruments公司提供了數(shù)種類型的建模平臺，其中包括NI CompactRIO.該平臺含有嵌入式系統(tǒng)的所有基本模塊。 該控件包含一個運行實時操作系統(tǒng)的32位處理器。 CompactRIO背板包含的FPGA可執(zhí)行高速處理，且為包含模擬輸入與輸出、數(shù)字輸入與輸出、計數(shù)器/定時器等功能的I/O模塊，配置并提供實際接口。每個模塊都包括：與傳感器和激勵器的直接連接，以及內(nèi)置的信號調(diào)理與隔離。

　　此外，CompactRIO采用工業(yè)化封裝（-40 oC到70 oC,50G防振動）、占地?。?.5英寸 x 3.5英寸 x 7.1英寸）、供電要求低（典型的7W到10W），這使它不僅非常適于建模，而且非常適于車載、機器控制和板載預(yù)測性維護應(yīng)用的部署。

　　自定義部署功能

　　如前所述，由于包裝、耐用性和成本方面的優(yōu)勢，CompactRIO常用作建模和部署。然而，用戶有時會因為規(guī)格或供電因素，選擇更小的自定義板卡設(shè)計。為滿足該需求，設(shè)計師可通過LabVIEW嵌入式開發(fā)模塊，將代碼部署于任一32位處理器，從而節(jié)省軟件購買成本。

　　LabVIEW嵌入式開發(fā)模塊結(jié)合了圖形化開發(fā)的上述所有優(yōu)點，以及現(xiàn)成的分析函數(shù)、集成式I/O和交互式圖形化調(diào)試。該模塊能夠?qū)⑷我?2位微處理器作為對象；由它提供的框架能夠開放地集成各類目前以C為基礎(chǔ)的第三方工具鏈（tool chain）和操作系統(tǒng)，從而將自定義板卡設(shè)計作為對象。一經(jīng)集成，用戶便能實現(xiàn)100%的圖形化開發(fā)，并交互式地調(diào)試其應(yīng)用。

　　這種新技術(shù)使越來越多的科學(xué)家、工程師和各領(lǐng)域的，能夠更為便捷地設(shè)計算法、開發(fā)應(yīng)用、編程邏輯、建模系統(tǒng)并將系統(tǒng)部署于指定的對象。

　　結(jié)論

　　圖形化系統(tǒng)設(shè)計帶來了結(jié)合硬件平臺的軟件平臺，這能夠極大縮減開發(fā)成本和面市時間。集成多種運算模型的軟件平臺，地縮短了將項目指標實現(xiàn)為具體設(shè)計的時間。靈活的COTS硬件建模平臺可支持軟件平臺并提供自定義組件，通過縮減自定義硬件的設(shè)計時間和設(shè)計成本，地縮短次建模的時間。，由于圖形化軟件從設(shè)計到平臺建模，到終的目標部署均保持一致，從而使代碼利用率達到，并且使得向終部署的轉(zhuǎn)換簡單易行。借助LabVIEW,您便能通過單一的圖形化平臺，對嵌入式系統(tǒng)進行設(shè)計、建模和部署。嵌入式系統(tǒng)不論從數(shù)量還是從復(fù)雜度來說都在飛速地發(fā)展，而且在嵌入式系統(tǒng)中，通過軟件實現(xiàn)的功能越來越多。傳統(tǒng)的先硬件后軟件的設(shè)計方法對這種復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)已不再適用。包括要求設(shè)計師創(chuàng)建并維護模型的多個"角度".要解決這些問題，硬件系統(tǒng)的軟件模型必需同時具備快速和準確兩個特點。具備了這兩個特點的模型就有可能既適用于系統(tǒng)架構(gòu)階段，又能成為出色的軟硬件協(xié)同開發(fā)參考模型