现实中的图形化系统设计应用

 

电子消费

Daewoo电子通过使用NI LabVIEW软件和CompactRIO硬件平台，开发出了世界上第一款针对三维全息数字影像数据存储(HDDS)的伺服运动控制系统。HDDS这一新兴技术在光存储业前景很好，它能将数据传输速率提升到每秒10亿比特以上，而访问时间则能减少到几十微秒以内，并且数据存储的密度理论上甚至可达到每立方厘米一万亿比特以上。

最初的解决方案是使用DSP板卡，这一方案的成本大约为几万美元，开发需几个月的时间。而通过使用灵活的LabVIEW软件和CompactRIO硬件，公司仅花费几千美金就能在没有任何性能损失的情况下完成系统开发，而系统的开发时间也缩短至一个月。

Daewoo电子使用NI LabVIEW FPGA和CompactRIO开发全息影像存储设备。

 

医疗设备

传统对由糖尿病所引起的视网膜疾病的治疗方法在过去三十五年内几乎没有很大进展。光凝固疗法能改进使用定向激光脉冲控制边缘视网膜的切割。尽管这种疗法能够在防止视力降低的同时带来极高的疗效，但它对于患者和医生来说却是非常痛苦。OptiMedica是一家专业的医疗设备设计公司，所设计的设备能够帮助眼科医生改进对视网膜疾病的治疗，该公司采用LabVIEWFPGA模块和PCIR系列智能数据采集卡设计开发了PASCAL光凝固治疗仪(模式扫描激光仪)。

考虑到开发的便捷性和FPGA能带来快速视网膜扫描的硬件确定性，OptiMedica选择了LabVIEW软件和R系列硬件替代了原本的定制硬件设备，因为更快速的视网膜扫描能够减少患者就诊的次数。使用图形化系统设计，OptiMedica快速地完成了设备的设计，构建和发布，为潜在的投资者们进行了成功的演示。另外，使用FPGA保证了硬件解决方案的可靠性，不必像基于处理器的系统一样，在申请FDA许可的过程中反复对同一层次的代码进行检查。此外，Optimedica使用了可编程的芯片替代固定的ASIC，节省了30%的开发时间。

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使用了NI LabVIEWFPGA和NIPCI-7833R智能数据采集设备的Optimedica  PASCAL系统改进了由糖尿病引起的视网膜疾病的光凝固疗法。

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观看NI CEO Dr. JamesTruchard、AD，Celoxica和Maplesoft公司在线讲座，了解如何更快速地设计产品，请访问ni.com/design。

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图形化系统设计将开发时间提高了10倍

图形化系统设计为加速嵌入式系统的设计，原型和部署提供了一个平台－ Mike Trimborn

设计：交互式算法设计，控制设计，动态系统仿真，数字滤波器设计，高级数学算法

构建：紧密的I/O整合，I/O模块和驱动程序，COTS FPGA硬件，VHDL和C代码整合，设计验证工具

发布：可部署的目标，坚固的部署平台，分布式网络，人机接口，定制设计

 

图形化系统设计简介

在当代经济中，产品必须比以往更快地推向市场－通过依靠更精确的设计，更具代表性的功能模型，以及坚固可靠的部署设备。然而，在过去的十年中，传统工具的性能提升的十分缓慢。因此，获得更高生产效率的关键在于使用更高层次的工具，并在保留底层组件细节访问功能的同时，对底层细节进行抽象。现今系统设计所面临的挑战是要求前沿的抽象平台不再局限于传统意义上的进步。用Mentor Graphics主席兼首席执行官WallyRhines的话来说，“设计抽象语言上的每一次飞跃相当于使能够进行IC设计的人数增加十倍。”而图形化系统设计所带来的飞跃已经超过了10倍，它使得20倍，30倍，甚至50倍的工程师，科学家以及业内专家能够自己进行嵌入式系统的设计。

另外，随着硅片上门级电路成本的迅速降低，随着包含多个处理器的设备成为新的趋势，针对系统而设计的能降低开发成本的软件平台也逐渐成为了一个新的研究热点。

尽管这一趋势并非最近才出现，但学术界和业界仍然在积极寻找能够更有效地实现所需功能的高级工具，并取得了一些进展，如：

•并发和并行编程，这对于FPGA和多CPU设备来说至关重要。

•软件和混合设备之间的通信

•混合模型和混合系统在同一编程环境下的表示方式

•多设备间的变量和时间同步

借助如NILabVIEW图形化编程软件等高级工具，系统级工程师和业内专家(他们可能缺乏嵌入式设计的专业知识)能够在系统复杂度和规模都逐渐增加的情况下，保持工作的准确性，大幅缩短从设计概念到产品构建的时间。在相当广泛的应用领域中，众多工程师和科学家们都已经成功地使用图形化编程作为他们主要的编程工具，这些领域涵盖了机械，远程监控系统，嵌入式系统，ATE系统和众多其它复杂系统的设计到部署。图形化编程的出现，已经自然地成为许多领域系统设计的领先工具。

传统的设计方法

为了更好地理解图形化系统设计所带来的优势，让我们与一个定制设备作个比较，如马达驱动，考虑它所涉及的开发流程。使用传统的设计方法对此类设备进行设计，需要重复进行硬件设计，软件设计，原型构建，软件测试以及系统测试和验证等多个步骤。尽其中有些步骤可以同时执行，但整个设计周期也需要至少十四周的时间，成本至少为150,000美元。

而这样的时间表还没有考虑开发中可能出现的问题以及今后的设计更新。这些情况将迫使工程师或科学家基于之前的设计构建一个子板卡，或是放弃之前的设计从零开始。无论如何，他们还需要重新经历一个长达十四周的设计周期。

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基于文本的编程语言

针对定制硬件的底层硬件设计工具

 

硬件设计…………….2周

初次建模及测试…….2.5周

再次建模及测试……..1.5周

软件设计和编码……...4周

软件测试和整合……...2周

系统测试和验证……...2周

总计…………………...14周

图形化系统设计方法

使用图形化设计方法，如下图所示，业内专家可以将灵活的可编程硬件和图形化编程设计相结合，设计如运动控制系统等定制嵌入式设备。图形化系统设计使用了可编程的，商业现成即用(COTS)的实时处理器和可重复配置的FPGA，能够提供实时性能和这些应用中所需的特定功能。使用COTS硬件能节省硬件设计，建模和软件整合上所花费的时间。使用图形化系统设计后，整个硬件和软件的设计周期将缩短为四周，成本降低为15000美元。

另外，图形化编程将实时处理器和FPGA的底层实现和编程细节抽象出来，这不仅使更多的工程师和科学家能够应用这些技术，而且大幅节省了软件开发的时间。

借助这种基于软件的方法，终端用户能够将精力集中在系统的功能上，而不必困扰于底层的实现细节。再者，如果设计需要升级，则只需更新软件或I/O模块。

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针对FPGA和实时处理器的图形化编程语言

包含微处理器，FPGA和坚固I/O的现成商业即用平台。

硬件设计…………….0周

初次建模及测试…… 0周

再次建模及测试…….0周

软件设计和编码…….0.5周

软件测试和整合……..1.5周

系统测试和验证……...2周

总计…………………...4周