硅谷杂志：嵌入式系统开发新途径的开发与探讨 |
| 2012-07-24 10:55 作者：李子民 马云博 李仁 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月24日消息 (原文载于《硅谷》杂志)为应对嵌入式设计日益增加的复杂性，将探索一种新的嵌入式设计方式，它将形成一种必然的趋势，labview图形化编程将对嵌入式系统设计进行重新的定义。围绕labview嵌入式模块展开，labview图形化编程由于其图形化的优势，已经使得越来越多的工程师开始接受并使用，labview嵌入式模块将会是一种全新的嵌入式开发手段，ARMLimited公司所开发的32位元RISCARM处理器架构，成为多家主要制造商所普遍使用。時至今日，ARM系列产品已包括75%的32位元RISC处理器市场占有率。为更好的体现的优越性，将两个实际科研课题进行举例，课题基于ARM11硬件平台、wince软件平台进行设计。
随着智能仪表仪器的飞速发展，开展基于嵌入式的便携式智能仪器设备已经是刻不容缓的事情，智能仪器仪表在现如今受到了许多工程技术人员的好评，这就大大提高了智能仪器仪表的设计标准，许多嵌入式工程师、自动化工程师等电子研发人员并不具备设计系统智能算法的功能，从而导致了嵌入式系统设计的相关科研项目或者在课题开展后，并不能取得很好的效果，也有失败的可能，在电子研发人员设计完硬件系统之后，还是需要领域专家在完善过后的硬件平台上，进行嵌入式系统的智能算法的确定，并不断调试，最好完成系统的设计，也就是说，由电子工程师完成嵌入式系统的底层设计，关键的难度是要实现底层设计与上层设计的无缝连接。
将近50%的设计延迟或是无法面市；即便在推出之后，也仍有将近30%的设计宣告失败。导致类似许多问题的直接原因是：随着平均代码长度在过去5年增长了近10倍，嵌入式系统日趋复杂。此外，随着嵌入式系统日益普及，机器制造商、测试工程师、控制工程师等许多领域的专家都需要嵌入式技术来开发系统，而他们目前又都不具备开发嵌入式系统的技能。随着系统日趋复杂，随着需要该技术的非嵌入式专家日益增多，人们迫切需要一种新的嵌入式设计方法。图形化系统设计革命性地解决了设计问题，它将直观的图形化编程和灵活的商用现成（COTS）硬件融为一体，帮助工程师和科学家更有效地设计、建模、部署智能嵌入式测控系统。
在嵌入式系统设计中，Labview图形化编程方式已是大势所趋，很多嵌入式系统开发工具都在向图形化转变，但是大部分都是基于嵌入式操作系统的上层应用程序的开发，所以，利用新途径开发的嵌入式系统的关键在于图形化编程，通过使用labview嵌入式模块将会很好的解决这一问题。
本文实际课题，设计了一种以MQ-4为智能甲烷气体传感器、以ARM11为硬件平台，Wince6.0为软件平台进行设计，实现智能甲烷气体检测装置，采用了S3C6410作为系统的核心微处理器，以dsPIC单片机作为系统检测核心的微处理器，由dsPIC单片机采集处理MQ-4传输过来的模拟量进行AD转换，通过数字滤波算法以后，将理想值通过串口传输给S3C6410。
本课题的系统设计主要分为信号采集、信号调理、数据分析、数据存储、数据智能算法分析、数据显示、远程通信等几个部分、在程序中，通信协议清楚，人机操作界面友好，使得设计本系统的设计周期变短，在完成了甲烷气体采集的系统软件编程、数据存储、数据智能处理分析及智能人机界面设计后，本系统的大部分的设计任务也就大致完成了。以下是dsPIC单片机的AD采集程序。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~ADC~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~*/
voidinit_ADC(void)
{
ADCONbits.FORM=0;
ADCONbits.ADCS=5;
ADPCFGbits.PCFG0=0;
IFS6bits.ADCP0IF=0;
IPC27bits.ADCP0IP=5;
IEC6bits.ADCP0IE=1;
ADSTATbits.P0RDY=0;
TRIG1bits.TRGCMP=0;
STRIG1bits.STRGCMP=0xFFF;
TRIG1=1;
}
嵌入式系统设计对于设计人员的要求很高，要求设计人员对于目标程序能够深入的分析与理解，嵌入式系统大部分程序代码都是为某一种特定的对象编写的。在这种情况下，在一种特定的嵌入式系统上，使用新的微控制器或者新的外围电路，都会使得系统代码必须被重写，也就是重新开始。现在使用labview嵌入式模块，将可以使工程技术人员和领域专家在不了解目标对象的情况下，进行代码开发，这种图形化编程方式是一种开放的框架，它可以很好的与第三方工具链进行整合。
与嵌入式系统目标无关的程序开发意味着工程技术人员及领域专家无需等到系统硬件设计结束之后开始设计软件或者系统控制算法，而是可以实现两者的并行工作，这使得系统的开发周期及产品上市时间大大提高，大大提升了并行工作的效率。
本文实际课题，设计了一种便携式无线多功能数据采集系统，采用了Labview虚拟仪器技术、嵌入式技术、无线传感器技术、检测技术、智能控制技术、数据库套接技术等，完成了便携式无线多功能数据采集系统的实现，便携式无线多功能数据采集系统是一个集成度高，软硬件匹配度高的综合嵌入式系统。协调性、稳定性、准确性、高速性是完成各项参数采集的主要标准，在ARM11（S3C6410）的硬件设计平台上，结合DSP底层硬件核心处理器，对ARM11与DSP的软件程序进行了基于双核的程序设计，其中DSP基于OS系统，使得系统采集数据的实时性得到了显著提高，解决了系统的处理速度以及灵活性，集合Labview嵌入式模块，快速实现了系统的硬件配置与软件控制，便携式无线多功能数据采集系统对于现场数据采集、无线网络的组件具有非常重要的意义，他除了体积小，成本低，在实时处理能力也是非常的高，系统凭借ARM11、DSP的高数据处理能力和数据采集实时性，以及Wince嵌入式操作系统的多任务处理能力，使得便携式无线多功能数据采集系统在实际试验中得到了很好的效果。关于DSP与上位机的串口通信部分程序如下所示。
voidusart(void)
{Uint16ReceivedChar;
char*msg;
InitXintf16Gpio();
DINT;
InitPieCtrl();
IER=0x0000;
IFR=0x0000;
InitPieVectTable();
scib_fifo_init();
scib_echoback_init();
for(;;)
{
while(ScibRegs.SCIRXST.bit.RXRDY!=1){}
ReceivedChar=ScibRegs.SCIRXBUF.all;
msg=data<<8;
scib_msg(msg);
scib_xmit(ReceivedChar);
LoopCount++;
}}
本课题的论文研究，解决了传统嵌入式系统开发的繁琐问题，带来了一种新的嵌入式开发手段，这对于便携式测量设备是一个非常好的技术实现的途径，可以很好的使得领域专家实现他们的解决方案，克服了存在于领域专家和嵌入式程序员之间的鸿沟，使得本系统开发时间缩短、系统设计精确、运行稳定。利用这种系统开发模式，也能方便地将各种智能算法设计工具与系统底层硬件相结合，从而实现底层设计与系统上层设计之间的完美连接，使得嵌入式智能设备可以更好的可靠运行，这种新型技术，具有广阔的社会效益和市场前景。
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