通过LabVIEW FPGA加速嵌入式系统原型化的过程

技术分类: 可编程器件  嵌入式系统  | 2006-12-11
来源:今日电子 | NI中国市场工程师 汤敏

 代码流程线操作的并行化

图1  代码流程线操作的并行化

      通过LabVIEW FPGA和NI RIO设备进行原型化

      很多设计比预期时间晚上市,并且有一些在投入市场以后发现未达到预定的功能和指标,因此必须采取一定的措施来加快设计流程,提高设计质量。一种解决方案就是更早地将真实世界的信号和硬件引入到设计流程之中,进行更好的系统原型化,从而在早期就发现并修正潜在的问题。

      但是在任何设计和开发流程中,在基于软件设计和仿真工具的虚拟世界,与电子或机械测量的物理世界之间有一个很大的鸿沟。LabVIEW平台最明显的价值就是在虚拟世界和物理世界间的鸿沟之间建立一座桥梁。物理测量

是与设计和仿真完全不同的挑战,要求与广泛的测量和控制硬件紧密集成,并以优化的性能处理大量的通道数或超高速吞吐量。LabVIEW平台经过不断演进,在物理测量领域提供极高的性能和灵活性。更重要的是,LabVIEW平台是开放的,因此,设计人员可以将测量数据与仿真结果相映射,甚至互换仿真和物理数据,以用于设计中的行为建模,或者以仿真的激励驱动物理测试,从而更为有效快速的进行系统原型构建。

      嵌入式系统开发人员如果要定制硬件用于最终的发布,很难同时并行开发软件和硬件,因为直到系统集成步骤之前,软件从未在有代表性的硬件上经过测试。此外,设计师们也不希望软件开发是纯理论的进行,如果直到系统集成测试的时候才引入I/O,用真实世界的信号检验设计,一旦发现存在问题,那就意味着很难在预期时间完成设计任务了。

      大多数设计师当前用评估板来进行系统的原型化,但是,原型板往往只具备少量的模拟和数字I/O通道,也很少支持视觉、运动或同步的功能。此外,设计师经常因为需要传感器或特殊I/O的支持而花费大量时间来开发定制的原型板,而这些仅仅是为了设计概念的验证。使用灵活的、商业化的原型平台可以大大简化这个过程,消除其中硬件验证和板级设计的大量工作。对于大多数系统,原型化平台必须包括最终发布系统的同样部件,比如用于执行算法的实时处理器、用于高速处理的可编程逻辑器件,或者将实时处理器接口到其他部件。因此,如果这个商业化的系统不能满足所有的要求,那么这个平台必须是可扩展的,并且支持自定义。NI提供了各种硬件平台与LabVIEW集成,完成从设计、原型到部署的全过程。例如使用LabVIEW和NI可重复配置I/O(RIO)设备或NI CompactRIO平台,可以快速而便捷地创建嵌入式系统的原型。从图2可以看到,通过LabVIEW FPGA可以对多种NI RIO设备进行配置。

LabVIEW FPGA程序框图和RIO硬件平台

图2  LabVIEW FPGA程序框图和RIO硬件平台

      一个客户案例是Boston Engineering公司。他们要开发一种牵力控制机用于数码照片打印系统。其中,彩色墨盒通过驱动马达馈送到打印头,由卷带电机和推进电机来控制牵力。切割机底盘的振动、每次打印的照片数目和每个电机的速度变化都会影响到底层的牵力。控制系统通过两个电机的位置来保证卷带和推进的牵力处于设定范围之内,否则就会有色差。设计的牵力控制硬件需要两个脉宽调制输出来控制电机,两个编码器将转速反馈给电机,两个模拟输入通道连接霍尔传感器用来测量位置,两根数字线用于信令。

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