可加快原型製作的 8 大技術要點

為嵌入式專案或想法建立功能性的原型，為獲得高階管理部門撥款的重要步驟。當開始製作原型時，應考量所有必要的工具。亦請記得：不要讓原型製作耗用過多時間與資源，應儘速建立具有實際功能的原型。

1. 1. 以高階軟體環境開始
2. 2. 使用狀態圖 (Statechart) 轉換紙上的設計
3. 3. 迅速連接 I/O 與嵌入式感測器
4. 4. 使用開放式軟體建置所需的 IP
5. 5. 整合機器模擬與軟體設計
6. 6. 使用現成硬體搭配內建的中介軟體 (Middleware)
7. 7. 別忘了自己的 HMI
8. 8. 將原型建構為儀器
9. 迅速將想法體現為實際

透過 NI 的圖形化系統設計 (GSD) 工具，即可迅速為嵌入式設計製作原型。NI LabVIEW 圖形化開發環境，可相容的現成硬體包含內建處理器、FPGA，與 I/O；不論是醫療、綠色能源、機器人，或其他發展迅速的領域，均能讓使用者加速製作嵌入式設計的原型。原型製作程序包含多個步驟，從建立軟體架構、連接 感測器/致動器，到進行人機介面 (HMI) 的原型製作。透過下列 8 大技術要點，可於每個步驟中搭配使用圖形化系統工具 (GSD)，以加速嵌入式設計的原型製作。

1. 以高階軟體環境開始

由於嵌入式市場多為初階的硬體與軟體工具，且嵌入式設計與硬體技術 (多核心處理器、FPGA，還有更多) 的複雜性不斷提升，因此目前難以使用現有工具迅速製作可用的原型。

若要節省原型製作的軟體時間與成本，則應選用幾乎可囊括所有初階作業的工具。LabVIEW 圖形化系統設計 (GSD) 工具，即可做為開始原型製作的直覺式開發環境。LabVIEW 的圖形化架構亦已內建數千筆的函式區塊，適用於訊號處理、高階控制、通訊、資料擷取、記錄，還有更多作業。此外，LabVIEW 可於多種複雜的硬體系統中執行，從多核心/即時處理器到 FPGA，均屬於其範圍。由於 LabVIEW 即可進行 FPGA 的程式設計，因此亦可輕鬆用以製作原型，而不需耗費大量的開發時間。

»進一步了解最新的 LabVIEW 2009 FPGA 原型製作功能

2. 使用狀態圖 (Statechart) 轉換紙上的設計

大多數的設計與想法均從紙張開始。不論是餐巾紙上的繪圖或正式的企畫書，若能順利將之轉換至軟體中，則可加速開始設計程 序。工程師在設計嵌入式系統的軟體架構時，使用狀態圖 (Statechart) 圖表已行之有年。在 1990 年時，狀態圖即是採用 Unified Modeling Language (UML) 規格的行為圖 (Behavior diagram) 標準；而 UML 規格已廣泛用於嵌入式系統的模型製作。

透過 LabVIEW 狀態圖 (Statechart) 模組，即可使用狀態圖功能設計軟體元件，並以資料流的圖形化程式設計功能，定義狀態與轉換邏輯 (Transition logic) 的行為。圖 1 即顯示可將紙上的流程圖轉換為 LabVIEW 狀態圖。

圖 1. 將紙上流程圖轉換至 LabVIEW 狀態圖 (Statechart) 模組

» 進一步了解 LabVIEW 2009 狀態圖 (Statechart) 模組的最新功能

3. 迅速連接 I/O 與嵌入式感測器

大多數的即時嵌入式應用，均必須連接即時 I/O。因此當製作原型時，應先採用可迅速連接感測器與致動器的工具。NI 即提供多款封裝式與機板層級的硬體，內含可介接感測器的類比與數位 I/O。以 NI C 系列模組的模組性與彈性為例，即適於做為原型的 I/O。

圖 2. C 系列 I/O 模組即可連接感測器與原型

C 系列模組可用於如 NI CompactDAQ 與無線機殼的 USB 架構系統，亦可用於如 NI CompactRIO 與 NI 單卡式 (Single-Board) RIO 的嵌入式系統；最後並可整合電腦使用。NI 與其他製造商共提供超過 80 款 C 系列模組，可將原型連接類比、數位、運動、通訊，與嵌入式感測器。此外，亦可透過 LabVIEW 工具進行所有平台的程式設計，其中包含可介接所有 I/O 模組的驅動程式與函式庫。

» 了解應如何連接嵌入式感測器

4. 使用開放式軟體建置所需的 IP

在大多數的情況下，嵌入式設計最重要的部分，即是其內的控制/處理運算式或功能元件組塊 (IP)。同樣在大多數的情況下，使用者可能已用特定格式 (ANSI C、文字式數學、VHDL，或其他格式) 開發了 IP。要將 IP 轉換為可作業的原型，則可能耗用大量時間。若能選用開放式的環境，以整合 IP 與原型的其他部分，則可簡化此程序。LabVIEW 即為高階的開放式環境，可整合現有的 C、文字式數學，與 VHDL IP。

» 進一步了解介接 C 程式碼與 LabVIEW FPGA 的新工具

»了解應如何將即時數學整合至 LabVIEW 2009

5. 整合機器模擬與軟體設計

「數位原型製作 (Digital prototyping)」的概念，為連接機器設計與軟體設計的程序新名詞。只要整合控制設計軟體與機器模擬作業，則可協助使用者迅速著手開發原型的模擬作業。而透過數位原型製作功能，不需建立機器系統即可製作虛擬的原型。

為了要進一步協助使用者，NI 與 SolidWorks 並肩合作以整合機器模擬與控制設計軟體。透過 LabVIEW 2009 中的 NI SoftMotion Module 新功能，即可使用 LabVIEW 建立控制設計運算式，並將之整合至 SolidWorks 機器模型；不需建立機器系統，即可透過實際的機器模型測試控制運算式。

» 進一步了解可整合 LabVIEW 與 SolidWorks 的 NI SoftMotion 新工具

6. 使用現成硬體搭配內建的中介軟體 (Middleware)

嵌入式設計的最大難題之一，即是必須建立、除錯，並檢驗驅動程式層級 (Driver-level) 的軟體堆疊 (Software stack)，以整合嵌入式系統的所有硬體元件。一般來說，使用者均必須親自進行該整合程序，讓嵌入式原型製作的過程愈趨複雜且冗長。

NI 中介軟體驅動工具的功能，遠超過傳統單卡式電腦與其他嵌入式系統製造商的基礎驅動程式，可提升產能與效能，並縮短上市時間。驅動程式與其他組態服務軟體，均內含於各款可重設 I/O (RIO) 架構的介面卡中。內建的中介軟體驅動工具包含下列功能：

• 內建的函式可介接類比、數位、運動、通訊 I/O，與 FPGA
• 傳輸函式適用於 FPGA 與處理器之間的資料通訊作業
• 可介接 FPGA/處理器與記憶體
• 可介接處理器與週邊設備 (RS232 序列、乙太網路)
• 高效能的多執行緒驅動程式

7. 別忘了自己的 HMI

在某些情況下，人機介面 (HMI) 或使用者介面，即為呈現想法的最簡單方式。若軟體工具可迅速建立使用者介面，則可於早期程序中測試設計的相關功能與概念。

圖 3. LabVIEW 圖形化程式設計功能即內建了使用者介面

LabVIEW 圖形化開發工具提供多種選項，可迅速建立使用者介面。首先，各個 LabVIEW 程式 (或稱 VI) 均包含應用的圖形化程式碼，並可搭配程式的使用者介面。不同於其他程式設計語言，均必須進行額外的程式設計才能獲得使用者介面；LabVIEW 卻可直接提供使用者介面。LabVIEW 即內建了數百組使用者介面項目，從圖表、刻度，到 3D 圖樣控制；均可讓使用者迅速為原型建立 HMI。

8. 將原型建構為儀器

在設計初期即完成原型製作的另 1 項優點，就是能夠讓設計更臻完備。若能越快讓原型進行作業，就能越快開始測試硬體與軟體設計，進而建構更穩定的系統。絕大部分的開發時間，可能均是在等待 產品完成，才能接著規劃測試方面的問題。若能測試原型，則不僅可建立更穩定的產品，亦可在設計生產測試系統時拔得頭籌。

圖 4. NI 測試產品可測試使用者所製作的原型

當製作原型時，即應考量相關工具是否可輕鬆將原型建構為儀器，以進一步測試原型。圖形化系統設計 (GSD) 工具，可同時用於設計並測試嵌入式系統。LabVIEW 與模組化測試硬體 (電腦或 PXI/CompactPCI 技術為架構) 均可用於搭配原型，以及早測試使用者的設計。

迅速將想法體現為實際

原型製作為嵌入式設計過程的重要部分。除了可透過原型對投資者、客戶，與管理階層展現自己的想法之外，亦是爭取預算的最 佳工具。NI 圖形化系統設計 (GSD) 工具，即可協助使用者迅速建構可作業的原型，不需大型的設計團隊亦可省下大量的開發時間。當要製作下 1 個設計的原型之前，應先考慮採用 LabVIEW 與 NI 原型製作硬體，以加快製作原型的速度。

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