孫沛

摘 要：針對單片機、機器人等應(yīng)用對編程技能的需求，正在開發(fā)軟硬件結(jié)合的平臺;使用圖形化編程環(huán)境，以電子元件和模塊為硬件，從想法萌芽到軟件設(shè)計和電路模塊立即實現(xiàn)想法。接頭與結(jié)構(gòu)裝配的物理設(shè)計效果;電子應(yīng)用能力提升。

關(guān)鍵詞：軟硬件平臺;嵌入式;開發(fā)

引言

當(dāng)今社會正處于技術(shù)快速普及的時代。在過去的幾十年里，計算機已經(jīng)從少數(shù)人才負(fù)擔(dān)得起的昂貴研究設(shè)備變成了無處不在的個人助手。GPS也從軍事技術(shù)演變?yōu)閹缀跛幸苿与娮釉O(shè)備中都存在的組件，從定位導(dǎo)彈的方法到搜索周圍咖啡館的方法。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計也變得越來越流行。為了理解這種轉(zhuǎn)變，有必要研究典型的設(shè)計團隊結(jié)構(gòu)以及團隊如何根據(jù)市場需求和系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)發(fā)展而變化。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計團隊由硬件工程師、軟件工程師和機械工程師在一名或多名應(yīng)用領(lǐng)域?qū)＜业闹笇?dǎo)下組成。這些領(lǐng)域的專家根據(jù)他們對特定領(lǐng)域（如醫(yī)療、石油勘探或設(shè)備監(jiān)控）的深入了解來指導(dǎo)設(shè)計團隊。每個設(shè)計的成功在很大程度上取決于領(lǐng)域?qū)＜沂欠衲軌驅(qū)⑺麄兊南敕?zhǔn)確地傳達給具有使用標(biāo)準(zhǔn)嵌入式工具鏈技能的工程師團隊。

由于領(lǐng)域?qū)＜彝ǔＨ狈κ褂脧?fù)雜嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建工具的經(jīng)驗，這些工具成為專家將其專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的障礙——減少快速迭代的次數(shù)，這對于優(yōu)化設(shè)計和縮短上市時間至關(guān)重要。更重要的是，在過去，許多領(lǐng)域的專家都缺乏有效的執(zhí)行團隊來首先將他們的想法轉(zhuǎn)化為設(shè)計。此外，復(fù)雜多樣的嵌入式工具鏈需要龐大的執(zhí)行專家團隊，這也提高了開發(fā)新型嵌入式系統(tǒng)的門檻。

許多領(lǐng)先的設(shè)計團隊現(xiàn)在都意識到將領(lǐng)域?qū)＜抑糜谠O(shè)計過程的最前沿，將大型專業(yè)團隊劃分為多個小型靈活團隊的重要性，以便他們可以更加專注于將專業(yè)領(lǐng)域知識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實踐。

1圖形化語言編程

眾所周知，計算機只能識別布爾量T或F，在數(shù)字表示中為1或0。所謂計算機語言就是代表程序的特定的1或0序列。但是人們通常無法理解這些序列并記住導(dǎo)致頭痛的原因。程序是機器識別的語言所描述的現(xiàn)實世界，空間分析是程序代碼所代表的計算機應(yīng)用。由于兩者對應(yīng)的問題和表達方式不同，程序開發(fā)變得復(fù)雜。工程中的圖形設(shè)計分析方法，如流程圖、框圖、表格、文本等，沒有語法和語義定義，是非正式的方法。很難用準(zhǔn)確的語法和語義定義來匹配編程語言。主要原因是編程語言只有“一維”屬性，由一系列字符組成;而平面設(shè)計分析具有“二維”屬性?；旧嫌袃煞N方法可以解決這個問題。一是將平面設(shè)計分析轉(zhuǎn)化為線性表示，使設(shè)計方法形式化;二是賦予編程語言“二維”屬性，從而更容易匹配設(shè)計結(jié)果。事實上，圖形編程語言都采用了這種編程方式。圖形程序代碼包含符號和線條。符號對應(yīng)于文本語言中的代碼。代碼之間的相互傳輸由線路終止。圖形化編程就像由符號和線條組成的流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖，而不是順序命令文件，因此具有二維功能。圖形編程軟件具有可視化界面和封裝的可視化控件。流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖描述了系統(tǒng)的運行過程，各部分在運行過程中執(zhí)行一定的操作;流程圖中的符號可以設(shè)置參數(shù)或變量值，動態(tài)改變程序的結(jié)構(gòu)和操作順序。尋找非常適合自己理解和觀察的圖形代碼是設(shè)計師的習(xí)慣。這些圖形代碼本身意味著需要計算機知識或特定編程語言語法的概念。這降低了程序設(shè)計的復(fù)雜度，提高了程序設(shè)計的效率。換句話說，圖形代碼由計算機軟件進行處理以進行控制和管理，這對于非計算機專家來說非常重要。圖形可以被視為可以直接表達某些事物的圖像。同時，更容易記憶和理解，因為圖片的特征更加生動形象。用戶可以自由添加不同類型的程序模塊和圖標(biāo)，給它們命名參數(shù)，實現(xiàn)信息的傳遞，這也是對象編程（OOP）的核心思想之一。使用符號而不是代碼，所有程序員需要做的就是在需要時調(diào)用符號并連接?？梢詫崿F(xiàn)編程。整個過程就像把設(shè)計思路寫在紙上，畫框圖一樣，直觀、簡單、有趣，你可以馬上把你的創(chuàng)意變成現(xiàn)實。

2圖形化編程原理

目前最常用的編程范式仍然是馮諾依曼機的運行機制，純數(shù)據(jù)流的動態(tài)模型主要用于圖形語言編程。由于圖形程序的二維特性，在程序執(zhí)行時，只有模塊的入口數(shù)據(jù)全部到達時才執(zhí)行模塊，不能很好地與事件驅(qū)動操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)。因此，系統(tǒng)的響應(yīng)速度和運行效率不高。LinkBoy圖形化編程平臺是一個協(xié)同調(diào)度內(nèi)核，一個面向?qū)ο蟮氖录|發(fā)模型，一個由軟硬件集成環(huán)境的電子元件組成的積木模塊。它使用定義的函數(shù)庫和圖形語法來完成產(chǎn)品項目的調(diào)試和運行。與其他編程語言不同，平臺中的程序不是從“main（”開始的。用戶編程的過程是編寫每個事件的響應(yīng)代碼，每個事件由系統(tǒng)后臺自動檢測和觸發(fā)，如作為紅外接收器，用家用彩電遙控器按對著它的按鈕會觸發(fā)“紅外接收事件”;當(dāng)有人按下開關(guān)時，會觸發(fā)“打開事件”等。有專門的嵌入式操作系統(tǒng)在后臺，不僅執(zhí)行各個組件的底層驅(qū)動，還會分發(fā)各個組件觸發(fā)的事件，用戶只需要完成事件處理代碼即可。

3行業(yè)案例

將創(chuàng)新醫(yī)療器械推向市場的一個轉(zhuǎn)型案例是KCBioMedix，這是一家致力于解決早產(chǎn)兒常見喂養(yǎng)問題的醫(yī)療器械公司。KCBioMedix開發(fā)了一款名為NTrainerSystem的產(chǎn)品，它實際上是一種電腦控制的奶嘴，可以幫助醫(yī)生評估寶寶的喂養(yǎng)能力，幫助寶寶學(xué)習(xí)吸吮。一開始，公司成立了一個小團隊，初步計劃將設(shè)計的商業(yè)化外包。但為了降低成本、縮短開發(fā)時間，并直接應(yīng)用成員豐富的神經(jīng)科學(xué)和節(jié)律刺激療法知識，團隊成員決定自己完成設(shè)計。通過采用基于平臺的軟硬件方法，減少底層開發(fā)，KCBioMedix實現(xiàn)了更快的設(shè)計迭代，讓領(lǐng)域?qū)＜腋苯拥貐⑴c進來。最終，開發(fā)時間從預(yù)期的4個月縮短到僅4周，成本也比預(yù)期減少了25萬美元。

4可重新配置的現(xiàn)成硬件

集成硬件和軟件平臺的第一個重要部分是可重新配置的現(xiàn)成硬件。通過采用基于平臺的方法，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員可以專注于算法設(shè)計、原型設(shè)計和快速部署，而無需自行開發(fā)復(fù)雜的硬件和軟件。

5可互換的I/O和生態(tài)系統(tǒng)

集成軟件和硬件平臺的另一個基本組件是可互換的I/0。集成可互換I/O的平臺不僅提供了靈活性和可重用性，使同一塊計算板可以用于具有不同I/O集的多種設(shè)計，同時還可以創(chuàng)建一個由以下部分組成的系統(tǒng)COTS和定制1/O。生態(tài)系統(tǒng)的組成。這

這些生態(tài)系統(tǒng)對于嵌入式平臺的功能擴展非常重要，讓該領(lǐng)域的專家無需定制設(shè)計即可使用各種I/O、工業(yè)總線等信號和設(shè)備。

6結(jié)論

集成軟硬件平臺的第三個核心組件是高級系統(tǒng)設(shè)計軟件。這些工具可以在開發(fā)過程中對系統(tǒng)架構(gòu)和I/O進行抽象，從而提高生產(chǎn)效率并減少系統(tǒng)設(shè)計人員管理組件之間的通信、操作系統(tǒng)調(diào)用、系統(tǒng)時序和I/O等底層實現(xiàn)細(xì)節(jié)的需要解釋。此外，高級設(shè)計軟件的抽象有助于簡明地描述功能行為，并在硬件或通信接口發(fā)生變化時促進代碼重用。在開發(fā)基于異構(gòu)架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)時，高級系統(tǒng)設(shè)計工具可以抽象出單個計算元素（如FPGA）的架構(gòu)，并提供一個領(lǐng)域?qū)＜铱梢允褂玫慕y(tǒng)一編程模型，以便他們可以使用不同元素的功能.最終，這些工具和基于平臺的方法可以極大地簡化設(shè)計過程，并使領(lǐng)域?qū)＜夷軌蚋玫貙⑾敕ㄗ優(yōu)楝F(xiàn)實。

參考文獻

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