圖形界面設(shè)計(jì)工具加速嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)

在嵌入式市場(chǎng)中，尋找加快客戶產(chǎn)品上市的方法是半導(dǎo)體供應(yīng)商永恒的主題?？s短開發(fā)時(shí)間的方法有很多，例如，提供給客戶一些開源活動(dòng)以獲得大量合作開發(fā)和自由發(fā)布的代碼。在此應(yīng)用基礎(chǔ)上，整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間可以縮短6~9個(gè)月。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于直接從已經(jīng)完成并得到驗(yàn)證的工作中獲益。

當(dāng)今的大多數(shù)嵌入式處理應(yīng)用中，控制和實(shí)時(shí)編程都是通過C/C++和優(yōu)化的匯編代碼庫聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的。在開源端，一旦為給定的體系結(jié)構(gòu)寫好了底層的驅(qū)動(dòng)程序，所有的操作系統(tǒng)內(nèi)核上層的其他代碼都能自動(dòng)“繼承”。在購買部分或完整的解決方案(例如嵌入式VoIP參考設(shè)計(jì))時(shí)，大部分基礎(chǔ)工作已經(jīng)完成，剩下需要處理的只是整個(gè)系統(tǒng)的一小部分。比如，設(shè)計(jì)工程師可能只要在已有的核心解決方案中增加一些用戶接口的調(diào)整和機(jī)構(gòu)增強(qiáng)就可以進(jìn)行生產(chǎn)。

現(xiàn)在采用的另一種加快開發(fā)時(shí)間方法是基于圖形界面的嵌入式設(shè)計(jì)。它也是建立在軟件驅(qū)動(dòng)程序代碼的基礎(chǔ)上，但是編程的模式變成可視系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過在系統(tǒng)層編程，比較低層的功能被抽象成多層以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在圖形編輯器下工作時(shí)，允許工程師可以從框圖層開始建立一個(gè)應(yīng)用程序。

過去，這種方法適于在PC機(jī)或工作站上的原型制作，因?yàn)閷⑺惴ㄒ浦驳角度胧江h(huán)境之前要確保其有效。它同時(shí)也是控制工業(yè)流和儀器的非常有用的方法，然而在早期，這種圖形化方法不能生成足夠的有效代碼在開箱即用的嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行(例如，重新寫入的重要部分不能允許按照算法實(shí)時(shí)運(yùn)行)。另外，幾乎沒有支持實(shí)際數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)輸入輸出系統(tǒng)的集成外設(shè)也是困難之一。

因此，目前的問題已經(jīng)比較突出地集中在簡化基于PC機(jī)的設(shè)計(jì)過程以提高傳輸?shù)角度胧教幚砥鞯男?。這個(gè)問題包含以下三個(gè)方面：
1. 生成在目標(biāo)處理器上運(yùn)行的有效代碼；
2. 無縫地集成外圍設(shè)備；
3. 在處理器的圖形化工具設(shè)備和原生工具設(shè)備之間有效地轉(zhuǎn)換。

這三個(gè)方面非常重要，因?yàn)樗麄兪沟眯碌囊活惓绦騿T接觸到嵌入式處理器。比如，有更多科學(xué)背景的工程師能用直覺的方法編程并調(diào)試“數(shù)據(jù)流程序” 。不必苛求工程師成為了解某一具體結(jié)構(gòu)特性或外圍設(shè)備怎樣具體工作的專家，當(dāng)然，經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員也喜歡采用帶圖形界面的直觀設(shè)計(jì)方法。第三點(diǎn)更值得更進(jìn)一步的討論，抽象體系結(jié)構(gòu)和外圍設(shè)備層很重要，但不完全關(guān)閉訪問也很重要。在工具設(shè)備之間的變換能力需要進(jìn)一步優(yōu)化以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和確認(rèn)。

為適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)對(duì)圖形界面設(shè)計(jì)工具的需求，美國國家儀器(NI)2005年就宣布開始這方面的研究，特別是為ADI公司的Blackfin處理器設(shè)計(jì)的LabVIEW嵌入式處理模塊為嵌入式設(shè)計(jì)工程師提供了一套完整的圖形界面開發(fā)方法。ADI和NI將兩家公司各自的優(yōu)勢(shì)融合在一起，基于此平臺(tái)開發(fā)的產(chǎn)品無縫集成了NI LabVIEW與ADI VisualDSP++開發(fā)環(huán)境。

傳統(tǒng)的嵌入式編程方法是在文本編輯器中輸入代碼，而Labview使用一組“pallets”構(gòu)成系統(tǒng)。所有我們熟悉的編程結(jié)構(gòu)(分支語句、循環(huán)等)仍可提供。另外，操作數(shù)也可用，不過使用LabVIEW真正的好處在于擴(kuò)展了對(duì)信號(hào)處理和分析庫的支持。

從NI公司的角度來看，這項(xiàng)工作擴(kuò)展了用于嵌入式開發(fā)的LabVIEW圖形界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它能讓工程師使用常用工具進(jìn)行傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造測(cè)試，同時(shí)在半導(dǎo)體上編程，所以能夠真正縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。從ADI公司的角度來看，LabVIEW嵌入式系統(tǒng)為Blackfin處理器開發(fā)商提供了數(shù)百種數(shù)學(xué)和信號(hào)處理功能位于集成的I/O庫頂層，它還允許使用利用VisualDSP++開發(fā)的庫中已有的代碼。另外，使用一種稱作設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的常用應(yīng)用編程接口(API)體系結(jié)構(gòu)，很容易對(duì)常用器件驅(qū)動(dòng)程序〔例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)以及音頻和視頻編解碼器〕進(jìn)行設(shè)置。

LabVIEW嵌入式系統(tǒng)建立其自己的一套設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用于將多種外圍設(shè)備連接到應(yīng)用設(shè)備。可提供多種驅(qū)動(dòng)程序用于覆蓋多種應(yīng)用。即使某種設(shè)備不在LabVIEW pallet的備選范圍內(nèi)，仍然為原生外圍設(shè)備提供基本的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。這樣在合適的LabVIEW 系統(tǒng)內(nèi)，很容易增加用戶指定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。LabVIEW嵌入式系統(tǒng)還包括一個(gè)由VisualDSP++支持的實(shí)時(shí)內(nèi)核(VDK)。NI公司使用了一套虛擬儀器(VI)，建立連接目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的接口?，F(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)多種應(yīng)用實(shí)例，包括連接到CMOS傳感器的基于視覺的系統(tǒng)、音頻實(shí)例以及連接到教室機(jī)器人應(yīng)用的“Handy Board”控制卡。

每項(xiàng)應(yīng)用都采用LabVIEW嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建流程，當(dāng)用戶想要做一些修改以匹配他們的應(yīng)用時(shí)，幾乎所有的修改都是在第VI層上進(jìn)行的(例如濾波器長度，匹配模式特性等)。通過運(yùn)行"under the hood"將這些修改自動(dòng)傳播生成C代碼。該系統(tǒng)除了基本的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，還有許多高級(jí)調(diào)試能力，這正是VisualDSP++工具非常寶貴之處。工程師能將工具與要調(diào)試的硬件直接連接起來，以迅速檢查出處理器和隔離問題。

LabVIEW嵌入式模塊還為Blackfin處理器提供了一個(gè)評(píng)估平臺(tái)，其中包括NI公司的“虛擬儀器教學(xué)套件(ELVIS)”連接器。這種連接器能用來與提供連接到各種NI數(shù)據(jù)采集卡和不同種類硬件產(chǎn)品的專用適配器連用。