怎样开发一套嵌入式系统

当开发一套嵌入式系统时，确定系统的哪一部分自己设计，哪一部分购买已有的成品是很棘手的问题。您可以设计并创建整个解决方案，完全自定义最终结果，并优化花费，然而，任何设计规格的改变或是疏忽都会引起漫长与花费巨大的延期。相反，一个现成的平台增加了产品的销售成本，并且您也许会为很多设计的时候用不上的功能花钱。无论如何，现成的系统一般提供了更快的验证周期，因此，会带来更短的上市时间。

“创建”方式：用户定制设计

用户定制的嵌入式设计包括很多技术：

* 用于主系统控制器以及数字信号处理的处理器

* 用于各种元件的总线接口

* 用于模拟与数字信号采集，发生，以及控制的I/O电路

* 支持处理器硬件的软件构架，设备驱动开发，驱动APIs，以及实际的应用软件

要做一个深思熟虑的有关创建还是购买的决定，您必须对自己创建的定制解决方案的花费进行精确的估算。如果您仅仅是简单地累加电路板元件的花费与软硬件的开发时间，您极有可能显着地低估了整个投资。制造，维持库存，以及为OS，驱动，中间软件开发软件的花费总是屡次被低估。与此同时，工程师与投资方总是对他们的预期销售量持过分乐观的态度，尤其是在最初的二、三年内。

“购买”方式：现成的嵌入式系统

可供替代用户定制设计的是使用现成的平台，它可以提供创建随后部分的基础结构。虽然您一般会花费比电路板元件更多的费用，但是您可以期待更快地上市，这是因为供应商为您做了很多底层的设计和实现的工作。此外，这些系统具有更友好的扩展路径，所以在解决概念与原型机验证阶段出现的，不可避免的特定问题时，更得心应手一些。

当着手进行一项新技术时，将原型机创建出来并使它能快速运作，常常是决定产品是否具有技术与商业价值的极为重要的一环。对于较新的产品与技术来说，确定市场需求性与产品将来的销售量是十分困难的。您可以使用现成的工具快速地创建原型机并开发系统，而不必预先投入大量的资金。

从大批量到高性能的现成平台

NI公司开发了各种工具，增加了生产率并帮助公司与较小的工程师团队更快地将他们的产品投入到市场。NI图形化的系统设计工具，包括NI LabVIEW软件与可重新配置的嵌入式系统，将现成平台的优势与用户硬件的定制化及灵活性结合起来。NI公司提供了嵌入式解决方案来满足大批量的部署与高性能的应用需求。

图 1. NI 图形化的系统设计工具，包括 LabVIEW 与 RIO 嵌入式 硬件，结合了现成工具的 优势与用户定制设计的性能

通过使用在线NI图形化系统设计计算器，您可以预见到为您的嵌入式解决方案选择NI工具的影响，尤其是在整个系统花费与上市时间方面。

图 2. 使用在线 NI图形化系统设计计算器，您可以预见使用 NI 图形化系统设计工具的时间，生产率，以及花费优势。

大批量的嵌入式应用

现成的平台对大批量的嵌入式应用（每年部署的销售量在10s到 1，000s）来说正变得足够划算，经济上更加可行。嵌入式平台部分的NI CompactRIO家族提供了工业级与嵌入式应用要求的性能与可靠性。此外，它也带来了一种理想的平台，可以用于设计过程，原型机测量以及控制系统。每个CompactRIO系统都融合了开放的嵌入式结构的功能性与现场可编程门阵列（FPGA）的可靠性，它坚固耐用，具有可以热插拔的工业级I/O模块。

对于大批量的系统部署与OEM解决方案来说，新的，以价值取向的NI cRIO-9075 与 cRIO-9076集成CompactRIO机箱提供了一种非常有吸引力的选择，它具有很小的占地面积，较低的花费，以及灵活的可重新配置的I/O（RIO）结构。这些系统具有集成的400 MHz处理器的实时控制器，Xilinx的Spartan-6 FPGAs，以及4 C系列模块I/O插槽，信号可调制I/O。使用LabVIEW，您可以快速地开发灵活的，模块化的测量与控制系统，并实现显著的上市时间效益。

高性能的嵌入式应用

要求优异性能的小批量的嵌入式应用并不像大批量应用那样对费用敏感，因此，使用集成FPGAs的现成平台是很理想的。在大部分情况下，这些应用在灵活的，高性能的现成平台上看起来更有价值，现有平台缩短了设计验证与投入市场之间的时间。对于高性能的嵌入式应用，NI FlexRIO含有模块化的FPGA硬件，Virtex-5 FPGA，以及PXI样式条件下的可定制I/O。平台可以提供的部分如下：

* 内置的基础结构部分，包括速度为800 MB/s的PCI Express总线接口

* DRAM通信

* 集成了Xilinx的内核产生器（CORE Generator）或其它第三方IP

* 系统中两个FPGA模块之间可通过DMA进行点对点数据流传输

这些部分可以帮助一个团队快速地试制新的设计，同时能将精力集中在他们添加到系统中的最有价值的部分。使用PXI 与 NI FlexRIO，嵌入式设计师正在创建高度灵活的，可升级的，以及定制的系统，用于发生与采集应用。

现成工具减少了首要费用并缩短了上市时间

使用图形化系统设计的用户已经证明他们可以同更小的团队一起，使用现成的工具创建用户定制的嵌入式系统。使用系统级的软件工具为内置的处理器，FPGAs，以及I/O等硬件编程，较小的团队可以完成以往要求至少两倍人手才能实现的任务。这个结果是硬件与软件开发费用的降低，一般对嵌入式设计来说是首要费用

作者简介

– John Hottenroth

John Hottenroth是NI公司RIO硬件市场开发部经理。他帮助用户缩短在高性能设计项目上的开发时间，最近他在同一位用户一起工作，这位用户使用LabVIEW与NI FlexRIO创建了世界上第一台实时3D OCT医学成像系统。

– Nick Butler

Nick Butler是NI公司无线传感器网络平台的产品市场部经理。他最近受邀在波士顿举行的WSN与环境发电会议（WSN and Energy Harvesting Conference），以及罗斯蒙塔举行的传感器展览会（Sensors Expo）上报告发言。