LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計軟件對數(shù)字開發(fā)的影響

概覽

長期以來的預(yù)測趨勢揭示了整個系統(tǒng)設(shè)計流程中的設(shè)計和測試趨于統(tǒng)一，這兩個先前獨立的功能將被集成在一起。集成功能的明顯優(yōu)勢在于縮短了投入市場的時間并獲得更好的整體質(zhì)量，而這些優(yōu)勢都?xì)w功于在創(chuàng)建設(shè)計的同時集成了測試定義和實現(xiàn)。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，從仿真到實現(xiàn)以及較終系統(tǒng)部署，都可以對這些早期測試平臺進(jìn)行重用。

為了真正實現(xiàn)設(shè)計和測試統(tǒng)一，尤其對于類似RF通信等復(fù)雜功能，需要在測試和實現(xiàn)的設(shè)計生命周期的所有階段都能夠有效執(zhí)行所選的系統(tǒng)設(shè)計軟件和語言。在這之前，用于系統(tǒng)仿真或設(shè)計與用于系統(tǒng)實現(xiàn)的工具及技術(shù)存在很大不同。此外用于設(shè)計和實現(xiàn)的工具和語言通常不同于測試中使用的工具。這將導(dǎo)致不同功能團(tuán)隊使用不同的工具，將增加交流的復(fù)雜程度并降低設(shè)計和測試中可重用代碼的流動性。這些因素都是實現(xiàn)設(shè)計和測試統(tǒng)一的主要障礙，因此理想的系統(tǒng)設(shè)計軟件需要提供單一語言用于仿真、實現(xiàn)和測試，并在所有設(shè)計階段和功能間較大化代碼重用。

減少限制的傳統(tǒng)方法

通常能夠跨越設(shè)計過程各個階段和功能的工具都嘗試著減少每個階段和功能之間的限制，而不是創(chuàng)建可跨越所有階段和功能的單一環(huán)境和語言。例如，在新興的RF通信標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)中，通信系統(tǒng)設(shè)計專家可能會使用純數(shù)學(xué)算法對通信流進(jìn)行建模和仿真。為了測試模型，設(shè)計人員可能會創(chuàng)建自定義的測試平臺或者重用合規(guī)套件對工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行測試。

當(dāng)設(shè)計功能達(dá)到要求時，從設(shè)計到實現(xiàn)的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法會將算法交給其它組，并通過手動方式將數(shù)學(xué)算法轉(zhuǎn)換為程序?qū)崿F(xiàn)，通常將根據(jù)實現(xiàn)的執(zhí)行要求使用ANSI C或HDL語言。

圖1. "V"框圖通常用于說明設(shè)計、實現(xiàn)和測試的理想流程。將通用系統(tǒng)設(shè)計語言用于跨越整個"V"流程可以較大化技能和算法重用，同時可以較小化轉(zhuǎn)換錯誤和查找修正周期數(shù)。

此外需要轉(zhuǎn)換測試平臺本身，該轉(zhuǎn)換步驟需要具有不同技能的其他組實現(xiàn)，并且任何轉(zhuǎn)換中丟失的部分都可能導(dǎo)致新缺陷或測試覆蓋度降低。即使初始轉(zhuǎn)換階段可能不夠復(fù)雜，但該問題會隨著重新定義設(shè)計或發(fā)現(xiàn)程序?qū)崿F(xiàn)缺陷等變得更加復(fù)雜。設(shè)計算法和程序?qū)崿F(xiàn)的分離將導(dǎo)致“查找并修復(fù)”開發(fā)周期變慢。

為了緩解部分問題，一些工具可提供自動代碼生成步驟以便幫助仿真至ANSI C或HDL的轉(zhuǎn)換。雖然該過程有利于將算法設(shè)計遷移至處理器或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，但仍需要由熟悉ANSI C或HDL的開發(fā)人員進(jìn)行部署和調(diào)試設(shè)計�？赡懿粫�存在完美的原始設(shè)計，而自動代碼生成也會存在缺陷。

LabVIEW所提供的單工具方法

替代方法將利用到NI LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計軟件，通信設(shè)計人員可以使用LabVIEW對通信流進(jìn)行建模，然后實現(xiàn)測試平臺。當(dāng)滿足設(shè)計和測試要求后，系統(tǒng)設(shè)計人員僅需將設(shè)計算法的終端直接重新設(shè)定為處理器或FPGA以用于具體程序?qū)崿F(xiàn)。從較初的實驗性設(shè)計到較終程序?qū)崿F(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計人員可以使用相同的環(huán)境、算法以及調(diào)試和測試方法。該方式可以較大化技能和算法重用，同時較小化轉(zhuǎn)換錯誤和查找修正周期數(shù)。

既然在設(shè)計、實現(xiàn)和測試中重用相同算法而無需獨立的代碼生成步驟可提供各種優(yōu)勢，那么為什么其他系統(tǒng)設(shè)計軟件不直接使用重用的方法？這主要是由于一些歷史原因?qū)е铝嗽撉闆r的出現(xiàn)。大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計軟件較初用于仿真空間，并且該仿真已為系統(tǒng)行為的時域驗證進(jìn)行優(yōu)化，然后向程序?qū)崿F(xiàn)方向發(fā)展。LabVIEW核心為系統(tǒng)實現(xiàn)，并朝設(shè)計和仿真方向發(fā)展。其編程語言、環(huán)境以及更重要的IP/算法模塊是為了在處理器和FPGA上以實時速率進(jìn)行編譯和執(zhí)行而設(shè)計的。

除了實現(xiàn)算法重用，LabVIEW的程序?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)很大程度上對部分仿真-時間活動進(jìn)行了加速。例如，LabVIEW可將臺式機(jī)算法完整編譯為專用處理器的機(jī)器代碼。對于純功能DSP類型算法，系統(tǒng)設(shè)計人員將以相對于連續(xù)時域仿真方法的更快速度對算法進(jìn)行實現(xiàn)和調(diào)試。與用于終端FPGA的設(shè)計仿真相比，該優(yōu)勢尤其明顯。LabVIEW可支持位及周期精度仿真的預(yù)期形式。在特定情況下功能測試通常能滿足需求，但LabVIEW可將速度提高多個數(shù)量級，主要原因為功能代碼已為本地功能執(zhí)行進(jìn)行了完全編譯和優(yōu)化，而不再僅僅是“仿真”。相對于較慢的仿真算法，在仿真中重用快速的實現(xiàn)算法更具實際用途，因此與其他系統(tǒng)設(shè)計軟件相比，LabVIEW優(yōu)勢更為明顯。

LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計和RF通信設(shè)計

在RF的設(shè)計和測試趨于統(tǒng)一范例中，相對于普遍統(tǒng)一的趨勢，通信設(shè)計將導(dǎo)致部分特有的復(fù)雜性。較主要情況為，當(dāng)測試RF接收器時必須創(chuàng)建一個發(fā)送器，而測試發(fā)送器也必須創(chuàng)建一個接收器。大多數(shù)時候該測試的信號和測試特性必須超出設(shè)計本身規(guī)范。此外RF通信方法和標(biāo)準(zhǔn)的變更頻率十分迅速，這也對測試本身的靈活性和速度提出了要求。因此用于RF的理想測試儀器必須允許快速重用發(fā)送器和接收器數(shù)字信號處理（DSP）算法，并且具備高性能和靈活性。

該類測試的傳統(tǒng)方法將會創(chuàng)建特定功能的儀器，以用于測量和測試特定的通信類型。如需完全覆蓋設(shè)計和測試，不僅需要在設(shè)計流程中考慮測試流程、測試平臺和附加因素，而且在理想狀態(tài)下設(shè)計和測試需要直接使用實際硬件和信號而不僅是仿真。在LabVIEW和NI PXIe-5644R矢量信號收發(fā)器范例中，當(dāng)在臺式機(jī)中定義通信流的DSP基本構(gòu)件并執(zhí)行預(yù)期功能后，設(shè)計人員可以將算法終端從臺式機(jī)設(shè)計環(huán)境更改為運行FPGA的矢量信號收發(fā)器。

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