《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于J2ME的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)

2018-07-31

概覽

將近50%的設(shè)計(jì)延遲或是無(wú)法面市;即便在推出之后,也仍有將近30%的設(shè)計(jì)宣告失敗 [1]。 導(dǎo)致類似許多問(wèn)題的直接原因是:隨著平均代碼長(zhǎng)度在過(guò)去5年增長(zhǎng)了近10倍,嵌入式系統(tǒng)日趨復(fù)雜 [2]。 此外,隨著嵌入式系統(tǒng)日益普及,機(jī)器制造商、測(cè)試工程師、控制工程師等許多領(lǐng)域的專家都需要嵌入式技術(shù)來(lái)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。隨著系統(tǒng)日趨復(fù)雜,隨著需要該技術(shù)的非嵌入式專家日益增多,人們迫切需要一種新的嵌入式設(shè)計(jì)方法。

本文引用地址: http://embed.21ic.com/hardware/development/201806/64458.html

圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)革命性地解決了設(shè)計(jì)問(wèn)題,它將直觀的圖形化編程和靈活的商用現(xiàn)成(COTS)硬件融為一體,幫助工程師和科學(xué)家更有效地設(shè)計(jì)、建模、部署嵌入式系統(tǒng)。用戶通過(guò)圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段采用單一的環(huán)境,從而提高生產(chǎn)效率、節(jié)省成本。

嵌入式設(shè)計(jì)的圖形化編程

許多嵌入式系統(tǒng)可自主運(yùn)行,需要并行處理許多有特殊定時(shí)要求的任務(wù)。假設(shè)某個(gè)機(jī)器控制系統(tǒng)用以控制直線臺(tái)、旋轉(zhuǎn)多軸、控制照明并讀取視頻數(shù)據(jù);在這樣一個(gè)系統(tǒng)中,則必須以確定、實(shí)時(shí)、并行的方式開展多進(jìn)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(huì)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(shí)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)。 LabVIEW通過(guò)編碼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定時(shí),完美地將定時(shí)融入代碼;若想表示并行只需如圖 1所示,拖入另一個(gè)循環(huán)。

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

文本代碼令各領(lǐng)域的眾多專家們難以實(shí)現(xiàn)該水平的定時(shí)與并行;而圖形化表示對(duì)于科學(xué)家和工程師而言,卻顯得更為清晰、更易訪問(wèn)。如果LabVIEW范例被擴(kuò)展至包括FPGA和微處理器的芯片,您會(huì)發(fā)現(xiàn):LabVIEW還能以同樣的一致性和可升級(jí)性,輕松管理硅芯片的并行架構(gòu)。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一項(xiàng)關(guān)鍵需求是:軟件平臺(tái)應(yīng)當(dāng)用于實(shí)時(shí)嵌入式設(shè)計(jì)常用的各類算法設(shè)計(jì)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(tái)方面的研究領(lǐng)袖,將設(shè)計(jì)瀏覽統(tǒng)統(tǒng)視作運(yùn)算模型 [3]。 這些運(yùn)算模型與系統(tǒng)設(shè)計(jì)師瀏覽系統(tǒng)的方式匹配,最大程度降低了將系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)換為軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

在過(guò)去的幾年里,LabVIEW已經(jīng)擴(kuò)展性地納入了多種運(yùn)算模型,從而更好滿足了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)數(shù)字濾波器、控制模型、數(shù)字信號(hào)處理算法的設(shè)計(jì)體驗(yàn),令此類垂直應(yīng)用的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)易?,F(xiàn)在,我們將拭目以待,見(jiàn)證您如何在靈活的COTS硬件平臺(tái)上實(shí)施這些算法,并極大地降低第一次建模的時(shí)間。

商用現(xiàn)成建模平臺(tái)

如前所述,由于許多設(shè)計(jì)延遲或是根本無(wú)法面市,甚至更糟;由于設(shè)計(jì)會(huì)在推出之后宣告失敗,我們必須采取行動(dòng),確保以更短的時(shí)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(guò)更快地在設(shè)計(jì)中集成實(shí)際信號(hào)和實(shí)際硬件,更好地建模系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)的迭代并能更早發(fā)現(xiàn)(并解決)問(wèn)題。

如 圖 2的設(shè)計(jì)過(guò)程所示,LabVIEW FPGA模塊能夠?qū)abVIEW設(shè)計(jì)下載到NI的FPGA硬件上;LabVIEW已能夠通過(guò)該模塊,將算法設(shè)計(jì)與邏輯設(shè)計(jì)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。

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圖 2. 反映軟件和硬件獨(dú)立設(shè)計(jì)過(guò)程的典型性嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程

目前,若您在為最終的部署創(chuàng)建自定義硬件,則很難并行開發(fā)軟件和硬件。因?yàn)橹挥羞M(jìn)入系統(tǒng)集成階段,軟件方能在實(shí)際的硬件上接受測(cè)試。此外,您并不希望進(jìn)行純理論型的軟件開發(fā);在系統(tǒng)集成測(cè)試階段納入I/O并通過(guò)實(shí)際信號(hào)測(cè)試設(shè)計(jì),可能造成:發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)為時(shí)已晚,因而無(wú)法按時(shí)完成設(shè)計(jì)。

許多設(shè)計(jì)者目前采用測(cè)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(jué)、運(yùn)動(dòng)或同步I/O的能力。此外,設(shè)計(jì)師往往只是為證明概念,便不得不將時(shí)間浪費(fèi)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(guò)靈活的COTS建模平臺(tái),您卻能真正簡(jiǎn)化該過(guò)程,并省去許多配合硬件驗(yàn)證和板卡設(shè)計(jì)的工作。 當(dāng)今,任何人都能步入電子商店,插接內(nèi)存、主板、外設(shè)等組件,創(chuàng)建PC;圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PC非常類似,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)同樣標(biāo)準(zhǔn)的建模平臺(tái)。

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

對(duì)于許多系統(tǒng)而言,建模平臺(tái)必須納入與最終發(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(shí)時(shí)處理器、用于高速處理或?qū)?shí)時(shí)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]。最后,若暢銷I/O在與各個(gè)系統(tǒng)配合使用時(shí),無(wú)法滿足您的全部需要,平臺(tái)也應(yīng)能在需要時(shí)得到擴(kuò)展并接受定制。

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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(tái),其中包括NI CompactRIO。該平臺(tái)含有嵌入式系統(tǒng)的所有基本模塊。 該控件包含一個(gè)運(yùn)行實(shí)時(shí)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(jì)數(shù)器/定時(shí)器等功能的I/O模塊,配置并提供實(shí)際接口。 每個(gè)模塊都包括:與傳感器和激勵(lì)器的直接連接,以及內(nèi)置的信號(hào)調(diào)理與隔離。 同時(shí)包括的模塊開發(fā)包令開發(fā)者通過(guò)平臺(tái)擴(kuò)展,納入自定義模塊——全部插入該COTS架構(gòu)。

此外,CompactRIO采用工業(yè)化封裝(-40 oC到70 oC,50G防振動(dòng))、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(jī)器控制和板載預(yù)測(cè)性維護(hù)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(shì),CompactRIO常用作建模和部署。 然而,用戶有時(shí)會(huì)因?yàn)橐?guī)格或供電因素,選擇更小的自定義板卡設(shè)計(jì)。 為滿足該需求,設(shè)計(jì)師可通過(guò)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(gòu)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(diǎn),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(duì)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(jì)作為對(duì)象。一經(jīng)集成,用戶便能實(shí)現(xiàn)100%的圖形化開發(fā),并交互式地調(diào)試其應(yīng)用。 通過(guò)將生成的代碼與目前市場(chǎng)上的所有目標(biāo)集成,用戶可以最為靈活地實(shí)現(xiàn)最多的目標(biāo)功能。

這種新技術(shù)使越來(lái)越多的科學(xué)家、工程師和各領(lǐng)域的專家,能夠更為便捷地設(shè)計(jì)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(duì)象。

結(jié)論

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法現(xiàn)已誕生。 圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了結(jié)合硬件平臺(tái)的軟件平臺(tái),這能夠極大縮減開發(fā)成本和面市時(shí)間。 集成多種運(yùn)算模型的軟件平臺(tái),最大程度地縮短了將項(xiàng)目指標(biāo)實(shí)現(xiàn)為具體設(shè)計(jì)的時(shí)間。靈活的COTS硬件建模平臺(tái)可支持軟件平臺(tái)并提供自定義組件,通過(guò)縮減自定義硬件的設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)成本,最大程度地縮短第一次建模的時(shí)間。此外,通過(guò)實(shí)際I/O的建模保證了更優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)——減少了目前的設(shè)計(jì)失誤。最后,由于圖形化軟件從設(shè)計(jì)到平臺(tái)建模,到最終的目標(biāo)部署均保持一致,從而使代碼利用率達(dá)到最高,并且使得向最終部署的轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單易行。 借助LabVIEW,您便能通過(guò)單一的圖形化平臺(tái),對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模和部署。


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