使用圖形化的開發(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)計比預(yù)期時間晚上市，并且有一些在投入市場以后發(fā)現(xiàn)未達到預(yù)定的功能和指標，因此必須采取一定的措施來加快設(shè)計流程、提高設(shè)計質(zhì)量。一種解決方案就是更早地將真實世界的信號和硬件引入到設(shè)計流程之中，進行更好的系統(tǒng)原型化，從而在早期就發(fā)現(xiàn)并修正潛在的問題。

　　但是在任何設(shè)計和開發(fā)流程中，基于軟件設(shè)計和仿真工具的虛擬世界與電子或機械測量的物理世界之間有一個很大的鴻溝，而LabVIEW平臺最明顯的價值就是在虛擬和物理世界的鴻溝上建一座橋梁。物理測量是與設(shè)計和仿真完全不同的挑戰(zhàn)，要求與廣泛的測量和控制硬件緊密集成，并以優(yōu)化的性能處理大量的通道數(shù)或超高速吞吐量。LabVIEW平臺經(jīng)過不斷演進，在物理測量領(lǐng)域具有很高的性能和靈活性。更重要的是，LabVIEW平臺是開放的，設(shè)計人員可以將測量數(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)計中的行為建?；蛘咭苑抡婕铗?qū)動物理測試，從而更有效快速地進行系統(tǒng)原型構(gòu)建。

　　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員如果要定制硬件用于最終的發(fā)布，很難同時并行地開發(fā)軟件和硬件。而如果直到系統(tǒng)集成測試的時候才引入I/O用真實世界的信號檢驗設(shè)計，一旦發(fā)現(xiàn)存在問題，那就意味著很難在預(yù)期時間完成設(shè)計任務(wù)了。大多數(shù)設(shè)計師當前用評估板來進行系統(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、運動或同步的功能。此外，設(shè)計師經(jīng)常因為需要傳感器或特殊I/O的支持而花費大量時間來開發(fā)定制的原型板，而這些僅僅是為了設(shè)計概念的驗證。使用靈活的、商業(yè)化的原型平臺可以大大簡化這個過程，消除其中硬件驗證和板級設(shè)計的大量工作。對于大多數(shù)系統(tǒng)，原型化平臺必須包括最終發(fā)布系統(tǒng)的同樣部件，比如用于執(zhí)行算法的實時處理器、用于高速處理的可編程邏輯器件，或者將實時處理器接口到其他部件。因此，如果這個商業(yè)化的系統(tǒng)不能滿足所有的要求，那么這個平臺必須是可擴展的，并且支持自定義。NI提供了各種硬件平臺與LabVIEW集成，完成從設(shè)計、原型到部署的全過程。例如使用LabVIEW和NI 可重復(fù)配置I/O(RIO）設(shè)備或NI CompactRIO平臺，可以快速而便捷地創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)的原型。

　　例如Boston Engineering公司要開發(fā)一種牽力控制機用于數(shù)碼照片打印系統(tǒng)。其中，彩色墨盒通過驅(qū)動馬達饋送到打印頭，由卷帶電機和推進電機來控制牽力。切割機底盤的振動、每次打印的照片數(shù)目和每個電機的速度變化都會影響到底層的牽力?？刂葡到y(tǒng)通過兩個電機的位置來保證卷帶和推進的牽力處于設(shè)定范圍之內(nèi)，否則就會有色差。設(shè)計的牽力控制硬件需要兩個脈寬調(diào)制輸出來控制電機，兩個編碼器將轉(zhuǎn)速反饋給電機，兩個模擬輸入通道連接霍爾傳感器用來測量位置，兩根數(shù)字線用于信令。傳統(tǒng)的原型板無法滿足這些要求，需要使用可以自定義I/O的原型平臺，因此他們使用CompactRIO平臺來進行原型化工作。他們在嵌入式控制器中運行管理程序，在FPGA中運行電機控制算法，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中運行控制算法，他們將ZPK(zero-pole-gain）模型轉(zhuǎn)化為LabVIEW數(shù)字濾波器設(shè)計工具包中提供的一種濾波器，由于這個工具包支持LabVIEW FPGA代碼的自動生成和優(yōu)化，所以原先的ZPK模型就可以直接轉(zhuǎn)化成能夠在FPGA上運行的代碼。另外，他們還使用這個工具包對原先的浮點算法進行了定點轉(zhuǎn)換，以節(jié)約FPGA 資源，并對量化后的模型進行測試、驗證、修正從而得到預(yù)期的結(jié)果。通過這種原型化方式，他們節(jié)約了大量的開發(fā)時間。