使用圖形化的開(kāi)發(fā)環(huán)境(06-100)

　　快速構(gòu)建原型—溝通虛擬世界與物理世界的橋梁

　　如前所述，很多設(shè)計(jì)比預(yù)期時(shí)間晚上市，并且有一些在投入市場(chǎng)以后發(fā)現(xiàn)未達(dá)到預(yù)定的功能和指標(biāo)，因此必須采取一定的措施來(lái)加快設(shè)計(jì)流程、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。一種解決方案就是更早地將真實(shí)世界的信號(hào)和硬件引入到設(shè)計(jì)流程之中，進(jìn)行更好的系統(tǒng)原型化，從而在早期就發(fā)現(xiàn)并修正潛在的問(wèn)題。

　　但是在任何設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程中，基于軟件設(shè)計(jì)和仿真工具的虛擬世界與電子或機(jī)械測(cè)量的物理世界之間有一個(gè)很大的鴻溝，而LabVIEW平臺(tái)最明顯的價(jià)值就是在虛擬和物理世界的鴻溝上建一座橋梁。物理測(cè)量是與設(shè)計(jì)和仿真完全不同的挑戰(zhàn)，要求與廣泛的測(cè)量和控制硬件緊密集成，并以?xún)?yōu)化的性能處理大量的通道數(shù)或超高速吞吐量。LabVIEW平臺(tái)經(jīng)過(guò)不斷演進(jìn)，在物理測(cè)量領(lǐng)域具有很高的性能和靈活性。更重要的是，LabVIEW平臺(tái)是開(kāi)放的，設(shè)計(jì)人員可以將測(cè)量數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果相映射，甚至互換仿真和物理數(shù)據(jù)，以用于設(shè)計(jì)中的行為建?；蛘咭苑抡婕?lì)驅(qū)動(dòng)物理測(cè)試，從而更有效快速地進(jìn)行系統(tǒng)原型構(gòu)建。

　　嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員如果要定制硬件用于最終的發(fā)布，很難同時(shí)并行地開(kāi)發(fā)軟件和硬件。而如果直到系統(tǒng)集成測(cè)試的時(shí)候才引入I/O用真實(shí)世界的信號(hào)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)，一旦發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，那就意味著很難在預(yù)期時(shí)間完成設(shè)計(jì)任務(wù)了。大多數(shù)設(shè)計(jì)師當(dāng)前用評(píng)估板來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的原型化，但是，原型板往往只具備少量的模擬和數(shù)字I/O通道，也很少支持視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)或同步的功能。此外，設(shè)計(jì)師經(jīng)常因?yàn)樾枰獋鞲衅骰蛱厥釯/O的支持而花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)定制的原型板，而這些僅僅是為了設(shè)計(jì)概念的驗(yàn)證。使用靈活的、商業(yè)化的原型平臺(tái)可以大大簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程，消除其中硬件驗(yàn)證和板級(jí)設(shè)計(jì)的大量工作。對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，原型化平臺(tái)必須包括最終發(fā)布系統(tǒng)的同樣部件，比如用于執(zhí)行算法的實(shí)時(shí)處理器、用于高速處理的可編程邏輯器件，或者將實(shí)時(shí)處理器接口到其他部件。因此，如果這個(gè)商業(yè)化的系統(tǒng)不能滿(mǎn)足所有的要求，那么這個(gè)平臺(tái)必須是可擴(kuò)展的，并且支持自定義。NI提供了各種硬件平臺(tái)與LabVIEW集成，完成從設(shè)計(jì)、原型到部署的全過(guò)程。例如使用LabVIEW和NI 可重復(fù)配置I/O(RIO）設(shè)備或NI CompactRIO平臺(tái)，可以快速而便捷地創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)的原型。

　　例如Boston Engineering公司要開(kāi)發(fā)一種牽力控制機(jī)用于數(shù)碼照片打印系統(tǒng)。其中，彩色墨盒通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)饋送到打印頭，由卷帶電機(jī)和推進(jìn)電機(jī)來(lái)控制牽力。切割機(jī)底盤(pán)的振動(dòng)、每次打印的照片數(shù)目和每個(gè)電機(jī)的速度變化都會(huì)影響到底層的牽力?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的位置來(lái)保證卷帶和推進(jìn)的牽力處于設(shè)定范圍之內(nèi)，否則就會(huì)有色差。設(shè)計(jì)的牽力控制硬件需要兩個(gè)脈寬調(diào)制輸出來(lái)控制電機(jī)，兩個(gè)編碼器將轉(zhuǎn)速反饋給電機(jī)，兩個(gè)模擬輸入通道連接霍爾傳感器用來(lái)測(cè)量位置，兩根數(shù)字線用于信令。傳統(tǒng)的原型板無(wú)法滿(mǎn)足這些要求，需要使用可以自定義I/O的原型平臺(tái)，因此他們使用CompactRIO平臺(tái)來(lái)進(jìn)行原型化工作。他們?cè)谇度胧娇刂破髦羞\(yùn)行管理程序，在FPGA中運(yùn)行電機(jī)控制算法，這種資源配置使得原型化構(gòu)建和最終系統(tǒng)發(fā)布在編程模式上是非常相似的。為了在FPGA中運(yùn)行控制算法，他們將ZPK(zero-pole-gain）模型轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)abVIEW數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包中提供的一種濾波器，由于這個(gè)工具包支持LabVIEW FPGA代碼的自動(dòng)生成和優(yōu)化，所以原先的ZPK模型就可以直接轉(zhuǎn)化成能夠在FPGA上運(yùn)行的代碼。另外，他們還使用這個(gè)工具包對(duì)原先的浮點(diǎn)算法進(jìn)行了定點(diǎn)轉(zhuǎn)換，以節(jié)約FPGA 資源，并對(duì)量化后的模型進(jìn)行測(cè)試、驗(yàn)證、修正從而得到預(yù)期的結(jié)果。通過(guò)這種原型化方式，他們節(jié)約了大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間。