梁棟權(quán)+魏紅+韋必忠

摘要：嵌入式技術(shù)的發(fā)展不但開闊了嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用平臺，更推動了現(xiàn)代社會、智能社會的進步。隨著當下許多高校將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于教學中，傳統(tǒng)的實驗方法已滿足不了教學要求，順應(yīng)時代科技潮流的發(fā)展，將嵌入式系統(tǒng)實驗平臺與作為編程語言的LabVIEW結(jié)合起來，開拓實驗領(lǐng)域的寬度和深度，降低教學的難度系數(shù)。論文簡單介紹嵌入式系統(tǒng)和軟件開發(fā)系統(tǒng)LabVIEW的特點，詳細地分析了在LabVIEW的基礎(chǔ)上嵌入式實驗平臺的設(shè)開發(fā)機理，簡要地闡述了整合工具鏈、操作系統(tǒng)的移植、復用樣板的創(chuàng)建及驅(qū)動代碼的編寫等方面。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；LabVIEW；開發(fā)；實驗平臺

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）10-0253-02

1概述

互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，計算機信息技術(shù)的不斷進步，不僅給人們的日常學習生活提供了方便，也對社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展帶來了深遠的影響。由于國內(nèi)外在科技上的競爭隨著時代的進步也變得激烈起來，加上我國在教育上教師資源、實驗設(shè)備等資源的匱乏，導致我國的科技教育事業(yè)得不到飛快的發(fā)展。發(fā)展科技教育，就應(yīng)該將計算機信息技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)有效地結(jié)合并應(yīng)用于實驗教學中，嵌入式系統(tǒng)實驗平臺能夠有效地解決教學實驗設(shè)備落后、實驗場地不足等問題，也避免了實驗儀器的投入資金的浪費，教師和學生能夠隨時隨地不受任何外在因素的限制開展實驗，從而增強了實驗教學的靈活性和適應(yīng)性。

2嵌入式系統(tǒng)與LabVIEW的有關(guān)介紹

2.1嵌入式系統(tǒng)

一般而言，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)具有體積小、運行速度快、耗能低等特點，系統(tǒng)所涉及的學科范圍比較廣泛，包含深厚的理論知識，集中了當前時代先進的技術(shù)。系統(tǒng)由硬件和軟件這兩個部分組成，嵌入式系統(tǒng)的硬件包含了最主要的嵌入式處理器與由存儲器、接口及人機交互構(gòu)成的外圍設(shè)備，系統(tǒng)的軟件包含嵌入式操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序。無論是硬件，抑或是軟件，兩者都是根據(jù)特定情況下的應(yīng)用系統(tǒng)來設(shè)計的，在產(chǎn)品生產(chǎn)與產(chǎn)品性能等方面都具備非常強的競爭能力。

2.2 LabVIEW的概念

LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，也是一種圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，它被廣泛地應(yīng)用于研究學術(shù)界、科學實驗室和工業(yè)界中，它被視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW不僅具有滿足GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，還內(nèi)置了方便運用軟件標準的庫函數(shù)。它不僅具有強大的功能和靈活性高的特點，還可以建立自身的虛擬儀器和創(chuàng)建圖形化界面，為編程和使用的過程增添了樂趣。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

如圖1所示，LabVIEW 的編程環(huán)境由三個主要部分——前面板、程序框圖和圖標連線板組成。前面板是VI的用戶界面，用于建立前面板的輸入控件是VI的交互式輸入，同樣用于創(chuàng)建前面板的顯示控件是VI的輸出接線端。程序框圖是圖形化源代碼。前面板對象在程序框圖中表現(xiàn)為接線端。每個VI的前面板窗口和程序框圖窗口的右上角都會顯示一個圖標。圖標連線板是一組與VI中的輸入控件和顯示控件相對應(yīng)的接線端，它與文本編程語言中的函數(shù)調(diào)用參數(shù)列表相類似。

2.4 LabVIEW在嵌入式系統(tǒng)中的優(yōu)點

第一，具有直觀性較強、親和力較高的用戶界面。在由美國國家儀器公司提出的虛擬儀器設(shè)計的基礎(chǔ)上，LabVIEW編程軟件在考慮前面板的用戶界面設(shè)計時，使用的控件外觀設(shè)計都偏向于實際中的儀器設(shè)備，使界面形象變得非常直觀，用戶在使用起來也有了親切感。第二，程序設(shè)計具有較強的靈活性和較高的效率。與工業(yè)的組態(tài)軟件相比，LabVIEW能夠徹底進入源程序?qū)Υa進行改寫，靈活地設(shè)計系統(tǒng)的功能特點，同時，由于LabVIEW的編程模式圖形化，使得編寫效率得到提高。第三，硬件平臺在各個領(lǐng)域具有一定的廣度和深度。美國國家儀器公司推出了設(shè)計各個領(lǐng)域的硬件平臺，這些硬件平臺在任何程度上都能與LabVIEW有共同的連結(jié)點，能夠在各個領(lǐng)域滿足不同的設(shè)計需求。

3分析基于LabVIEW下嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)機理

本質(zhì)上，嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)在LabVIEW的基礎(chǔ)上就是代碼復用，使用接口和同類型的組件通訊，即對于所有完成相同功能的組件，應(yīng)該抽象出一個接口，它們都實現(xiàn)該接口。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下，ARM的嵌入式開發(fā)主要依靠Keil MDK工具鏈。如圖2所示，基于LabVIEW下嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)機理是在LabVIEW環(huán)境下，圖形化的嵌入式系統(tǒng)軟件程序利用LabVIEW C Generator生成相應(yīng)的C代碼，并遵循一定的編寫程序代碼規(guī)則加到RTX的整體框架中，與此同時，LabVIEW利用Keil MDK的RVCT編譯工具來編譯程序代碼，同時把編譯好的代碼下載到芯片中。當這一過程結(jié)束后，就開始在LabVIEW環(huán)境中調(diào)試芯片中的程序。

如圖3所示，在自動生成LabVIEW代碼的過程中，利用LabVIEW編寫嵌入式軟件程序，程序主要由一般用于算法的完成、參數(shù)的配置等功能的外設(shè)驅(qū)動和常規(guī)LabVIEW程序這兩個部分組成，由這兩部分組成的嵌入式程序利用LabVIEW C Generator模塊，通過一定的程序規(guī)則生成相應(yīng)的C代碼，對應(yīng)嵌入式程序中的模塊。把所生成的C代碼載入到早已準備充分的RTX操作系統(tǒng)的模板中，形成RTX操作系統(tǒng)工程，其中在移動操作系統(tǒng)時就要確定項目的設(shè)置環(huán)境。這個過程結(jié)束后，便可得到可使用的目標嵌入式程序。

4創(chuàng)建LabVIEW 環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)實驗平臺

4.1對開發(fā)工具鏈進行整合

基于LabVIEW下的嵌入式程序開發(fā)部分采用的是ARM公司的Keil MDK嵌入式程序工具鏈。要完成LabVIEW嵌入式程序開發(fā)的首要是解決開發(fā)工具鏈的問題。由于現(xiàn)有的條件不足，LabVIEW 的嵌入式程序開發(fā)部分只能使用版本過于陳舊的Keil MDK嵌入式程序工具鏈，而且也沒有開發(fā)ARM Cortex-M4的能力，因此這就需要整合開發(fā)環(huán)境。第一，把新版本的首先需要將新版本Keil MDK中對應(yīng)的Cortex-M4的DLL文件整理集合起來，其次載入與TM4C123芯片相對應(yīng)的芯片信息和有關(guān)文件。LabVIEW環(huán)境下的嵌入式程序開發(fā)部分可以在整合后的開發(fā)環(huán)境中被準確地調(diào)用，用于芯片有關(guān)的開發(fā)應(yīng)用上。

4.2操作系統(tǒng)的移植

LabVIEW是通過RTX操作系統(tǒng)來完成嵌入式程序開發(fā)的。Keil MDK中的RTX由于版本過舊不能夠支持ARM Cortex-M4系列處理器，這就要求將新版本中的RTX操作系統(tǒng)的有關(guān)文件整理集合起來載入到舊的版本中。在這一相關(guān)的移植過程結(jié)束后，在這移植后的RTX操作系統(tǒng)可以開展LabVIEW嵌入式程序的開發(fā)。

4.3復用樣板的創(chuàng)建

作為LabVIEW嵌入式開發(fā)的基礎(chǔ)——LabVIEW嵌入式程序開發(fā)復用樣板，它給嵌入式程序擬定了一個整體框架，全部的程序代碼都會遵循一定的編寫規(guī)范套入樣板中。為了實現(xiàn)復用樣板的創(chuàng)建，第一需要建立樣板的原型，里面包括了LabVIEW生成程序代碼所包含的有關(guān)文件和RTX操作系統(tǒng)文件；第二，要對樣板進行相應(yīng)的修改，使其能夠適用于TM4C123。根據(jù)實際情況來考慮，可以將LabVIEW自身帶有的芯片代碼作為復用樣板，并在此基礎(chǔ)上，對相關(guān)的文件進行修改，從而創(chuàng)建出適用于TM4C123的復用樣板。

4.4驅(qū)動代碼的編寫

在創(chuàng)建代碼復用模板這一過程結(jié)束后，接下來還需要編寫芯的片各個接口的驅(qū)動代碼。利用LabVIEW自身帶有的Elemental I/O Device Wizard編寫接口的驅(qū)動代碼，在實際操作中，這種編程方式在調(diào)用接口資源的時候是挺方便的，但同時也有許多不足之處，例如編寫驅(qū)動代碼的過程比較復雜，存在一定的困難，而且所能編寫的接口代碼種類比較少。論文針對這一問題，提出批處理式的驅(qū)動代碼的編寫方法，將嵌入式C腳本作為編寫軸心，避免在LabVIEW中設(shè)置過程的繁瑣，并能滿足各個種類的接口驅(qū)動代碼的需求。

5結(jié)束語

近年來，圖形化的編程語言逐漸引起嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注。由于圖形化的系統(tǒng)實驗平臺對編程語言進行了極大的整合，降低了嵌入式編程的難度，使得軟件開發(fā)具備較高的靈活性和效率。在LabVIEW基礎(chǔ)上創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)實驗平臺，開發(fā)嵌入式軟件，不但可以解決傳統(tǒng)代碼在開發(fā)時存在的問題，還能大大縮減了開發(fā)所需要的時間，給人機交互平臺提供給了便利，大大增強了嵌入式軟件的開發(fā)能力，具有較為深遠的工程意義。

參考文獻：

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