图形化系统设计嵌入式设计平台 - NI · 2008. 3. 28. · ADI Blackfin处理器包含示例，作为开发自定义设计时的参考板载音频codec，实现快速部件评估

嵌入式设计平台

ni.com/china/embedded

图形化软件 FPGA I/O 32 位微处理器 / 控制器

图形化系统设计


“采用 NI LabVIEW 软件及 CompactRIO 硬件平台实现图形化系统设

计，我们在三个月内就完成了摩托车 ECU 原型化系统的设计，如果

采用传统工具进行设计则需要两年半。”—— Carroll Dase，Drivven 公司设计工程师

嵌入式系统的不断复杂化

约百分之六十的嵌入式系统设计会比原计划延期上市甚至走向失败的结果，将近百分之三十的设计在发布后差强人意，很

大一部份原因要归咎于嵌入式系统本身越来越复杂。

嵌入式系统的平均代码长度在过去的 5 年内增长了近 10 倍，许多领域专家，诸如机械设计师、测试工程师、控制工程师、及

生物医学专家等并不具备设计如此复杂嵌入式系统的专业技能，往往由另外的电子工程师来完成后端的系统实现。因此两类人

员之间需要“无损”地进行信息传递——如何将专业领域内的前端设计“传递”为实际的系统，是系统开发的瓶颈所在。

图形化系统设计（Graphical System Design）是嵌入式系统设计的一种新途径，它简化了嵌入式系统开发，让更多工程

师能够轻松将专业领域内的前端设计转化为实际的系统。

整合算法与硬件 I/O，使用商业化嵌入式平台快速原型您的算法，

沟通前端设计与系统实现之间的鸿沟

从革命性的生物医学仪器到前沿的电子消费品，在图形化系统设计的模式下运用直观的图形化编程软件配合无缝集成

的硬件，快速实现嵌入式系统的设计、原型及发布。利用这种设计模式，能方便地将各种算法设计工具与硬件 I /O 相整

合，从而沟通前端设计与系统实现之间的鸿沟，在商业化硬件或自定义硬件上快速实现系统原型及发布，使设计效率

提高 10 倍。

在真实信号激励下完成

算法或模型开发

设计算法及概念的设计

在现成可用的 COTS 硬件设备上

快速实现您的设计，并进行功能

性验证

原型验证设计的可行性

将您的应用发布到最终硬件设备，

并通过产品测试不断升级

发布产品化 / 可扩展性

嵌入式系统的设计流程

提速 10 倍的嵌入式系统设计

NI 图形化系统设计平台

结合开放的 LabVIEW 软件开发环境以及商业化的硬件，NI 图形化系统设计平台为嵌入式系统的设计、原型和发布提供了

革新性的方式，通过简化嵌入式编程的复杂性，它降低了对系统开发人员和领域专家在嵌入式设计流程中各个步骤的要求，

从而显著地提高设计质量，并支持自定义硬件的代码发布。

设计：交互式建模与仿真● 兼容各类设计工具

－ LabVIEW

－ LabVIEW 控制设计与仿真模块

－ LabVIEW MathScript

－ LabVIEW 数字滤波器设计工具包

－ LabVIEW 调制解调工具包

－ LabVIEW 系统辨识工具包

－ LabVIEW 状态图模块

● 集成 I/O 用于建模及激励

－ NI CompactDAQ 便携式测量仪器

发布：代码生成与发布● 代码生成及发布的软件工具

－ LabVIEW FPGA 模块

－ LabVIEW 微处理器开发包

－包括 PowerPC、ARM、TI C6x、x86 和 Coldfire 的例程

● 可发布的硬件平台

－ NI CompactRIO 嵌入式发布平台

－自定义设计

原型：从仿真到硬件的快速原型● 算法原型化的软件平台

－ LabVIEW 实时模块 & 能运行于实时模块下的

－ LabVIEW 控制设计与仿真模块

－ LabVIEW PID 控制工具包

－ LabVIEW FPGA 模块

● 算法原型化的硬件平台

－ NI CompactRIO 嵌入式原型平台

－ PXI/PCI 可重配置 I/O 设备

设计

LabVIEW 图形化编程提供了直观、交互式的开发环境，加快设计效率。

设计阶段需求清单

● 高层构架实现快速开发 ● 可直接应用数学、信号处理及已有知识产权

● 集成 I/O 用于建模及激励 ● 动态系统仿真

● 兼容各类设计工具 ● 自动代码生成


Simulink®及 MATLAB®是 MathWorks，Inc 注册商标。文中涉及的其它产品及公司名称均为各自公司的注册商标或注册名。

成功的嵌入式产品始于健全的系统设计，这就需要软件工具能够提供直观的设计环境。直观的软件能加快设计效率，能够

更好地从系统级的层面表达整个系统，便于对整个系统进行评估。图形化系统设计提供了满足以上需求的高效软件，结合

高性能、模块化的硬件和开放式的平台，能够轻松集成各类其它设计工具，并重用已有的知识产权（IP）。

NI LabVIEW 开放式设计系统

NI嵌入式设计平台基于LabVIEW图形化开发环境。该软件平台具有相关领域专业工具及界面，并能与第三方配合使用，包

括：机械设计、电子电路设计、算法工程、动态系统控制与仿真，及嵌入式软件设计。从仿真环境到状态图，到图形 / 文本

数学及信号处理函数，LabVIEW 提供的工具能够帮助各类领域专家轻松开发嵌入式系统。

集成 LabVIEW 及 CompactRIO，通过即时的算法验证实现高质量设计。

原型阶段需求清单

● 高级易用的编程语言 ● 适应需求规范（specification）变更的灵活性

● 能够重用设计软件 ● 实现数据传输及组网的 IP 库

● 能通过软件调试嵌入式原型 ● 集成 I/O 实现快速算法开发

原型


NI PXI、NI LabVIEW 及 NI CompactRIO

用户定义 FPGA 设备，

实现强大处理能力

在功能强大、基于嵌入

式处理器的控制器上实

现算法

嵌入式控制器适用于

高端处理、多核、及实

时应用

机箱内置高级触发

及同步能力

基于 FPGA 的 I/O，

应用于自定义协议、

控制及数据采集

不同 I /O 模块可

实现各类算法

所谓原型化就是把想法转变为实物的过程。高效率的商业化原型平台能让用户快速将设计转变为可运行的嵌入式系统，从

而对设计的可行性进行验证。这类平台的核心要素包括高级编程语言、灵活的处理器平台、实时操作系统、可重配置的FPGA

逻辑、模块化 I/O，及知识产权（IP）支持。

NI PXI 及 CompactRIO 原型平台

NI提供各类商业化的原型平台，包括PXI及CompactRIO。这些基于PC的平台具备用于数据采集的模块化 I/O及高级可重

配置的 FPGA 逻辑，完美适用于快速原型化及嵌入式控制设计。PXI及CompactRIO平台使用 LabVIEW图形化编程，能与

第三方软件开放式集成，并可重用代码，提供了多样化的外观尺寸，持久性和功能选择，能适用于各类原型化应用，从嵌

入式数据记录、控制，到复杂处理器的原型化和 I/O 密集型应用。

发布

商业化的可重配置 I/O 及丰富的 LabVIEW 用户界面功能，实现最短的产品上市时间。

发布阶段需求清单

● 能够重用原型及知识产权（IP）设计 ● 质量及结构认证

● 能够自定义硬件及软件 ● 内置信号调理的 I/O

● 可现场更新及维护的用户界面 ● 在发布系统中进行应用调试的能力


ADI Blackfin 处理器

包含示例，作为开发

自定义设计时的参考

板载音频 codec，实现快速部件评估

32 位 Blackfin 处理器，

直接用 LabVIEW 进行

编程

总线扩展接口与

外设通信

NI CompactRIO

内置实时操作系统的

功能强大的控制器

可重配置 FPGA 实现

可靠、可自定义的嵌

入式或分布式应用

内置信号调理的

可热插拔 I/O模块

可发布、坚固

的外形

以 25 ns 的定时 / 触发

分辨率设计自定义电路

采用商业化的发布方案，通过降低系统集成成本，减少用于验证及认证的支出，从而节省了开发时间和资金投入。软件工

具的兼容性是知识产权(IP)设计重用及现场可编程(field programmability)的关键。在平台中结合功能强大的软件及坚固、可

发布的原型硬件，灵活轻松地完成自定义设计，保证设计者及 OEM 制造商在最短时间内实现产品上市。

NI CompactRIO 可发布原型化平台

CompactRIO 是一种小尺寸、低功耗的理想商业化硬件平台，适用于车载、机械控制、及板载预测维护等应用的原型化与

发布。在需要更小型化、自定义电路板设计的应用中，设计工程师可以运用 LabVIEW 微处理器开发包，在 32 位微处理器

或兼容 NI LabVIEW 嵌入式模块的 ADI Blackfin 处理器上发布 LabVIEW 代码。

图形化系统设计中采用了商业化的硬件，通过直观的嵌入式设计解决方案，为工程师及科学家节

省了大量开发时间和资金投入，并适用于从机电一体化系统设计到算法工程化的各类应用。访问

ni.com/ china/ embedded ，了解更多实际应用中图形化系统设计的案例研究。

案例研究


水下海洋机器人

自主式（Autonomous）车辆控制

水下车辆的远程控制需要可靠与稳定的控制，同时要求坚固的硬件能够适应极端苛刻的

环境。Nexans 公司使用 LabVIEW 嵌入式设计软件配合 CompactRIO 实现 Spider 远程

操控车辆的水压系统控制。该车辆对海床进行测量，并开辟了从挪威到英国的海底天然

气管道路径。

影相亭设备

机电一体化系统设计

LabVIEW嵌入式设计平台提供了实现在代码中直接修改需求的高级工具，让经验有限的工程

师可以评估所需的软件设计，并交互式地进行修改。波士顿工程公司（Boston Engineering）

的一个工程师团队采用该平台实现基于微处理器的嵌入式机电一体化系统快速开发，比

如能够即时处理数码相片的影相亭。

视网膜疾病治疗设备

自定义医疗设备设计

医疗设备开发需要广泛的医疗领域知识。图形化系统设计工具，包括LabVIEW FPGA及

PCI可重配置 I/O板，让OptiMedica公司的医疗领域专家开发出一种高精度激光凝固治

疗仪，它改善了激光脉冲的发射方式，能够以一定的模式每次自动瞄准发射多个脉冲，从

而改进视网膜疾病的治疗，减轻病人痛苦。


管道监控系统

自定义嵌入式监控

实现复杂的数学算法、处理多传感器信号、运行异步内核任务等应用很难在常规的嵌入

式设计工具上实现。Schmid工程公司采用LabVIEW中的高级图形化编程来实现Bjorge

公司 NAXYS AS 技术的复杂算法原型化，并在基于 ADI Blackfin 的自定义嵌入式设计

下实现系统控制设计，该设备专业应用于监控北海地区的天然气开采。

音频处理算法

算法工程化

听觉辅助器及其它复杂的音频应用涉及大量算法开发。Illinois大学将算法工程化结合到

前沿的听力辅助设计中。通过 LabVIEW图形化编程及基于文本的数学编程（支持m-文

件），Illinois 大学的学者轻松地实现了算法，并且通过真实的反馈数据加快他们的设计

周期。

引擎 - 硬件在环仿真

硬件在环系统

硬件在环系统（HIL）通过提高系统质量，如采用引擎控制设计，来缩减开发时间及资金

投入。MicroNova 公司采用 LabVIEW FPGA 软件及 PXI 硬件来仿真 12 缸 BMW 引擎，

开发了基于 FPGA 的自定义系统来构建引擎 HIL 仿真器。通过商业化的硬件及灵活的图

形化编程，MicroNova 公司为仿真器增加了更多功能，同时提高了其性能及精度。

3D 数据存储

消费电子产品的原型化

产品上市时间是消费电子产业的关键。使用图形化系统设计，Daewoo电子为3D全息数

字数据在连续运转磁盘上的存储，设计了伺服运动控制系统，并率先投放市场。他们在

设计过程中采用了 LabVIEW FPGA模块及CompactRIO。通过该商业化的原型化平台，

Daewoo公司的工程师们突破了传统2D存储数据的技术局限，实现更大容量、更快速度

的数据检索。

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