CN105511887A

CN105511887A - 一种硬件可视化编程构架

Info

Publication number: CN105511887A
Application number: CN201510999154.0A
Authority: CN
Inventors: 鲍敏祺; 符捷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明公开了一种硬件可视化编程构架，包括以下步骤：S1、硬件界面元器件拖曳，在硬件界面将左列需要的硬件元器件拖曳到对应软件界面的硬件方框中；S2、根据对应拖曳框中的提示连接实际硬件；S3、点击运行按钮，软件界面的硬件将与实际硬件连接；S4、点击运行按钮，对于每个拖曳框中的硬件进行自测；S5、进入到下一个界面进行流程图编程；S6、在流程图编程中，通过导入外界编程语言和自定义模块来增加扩展性；S7、在完成流程图编程之后可直接点击运行，同时支持断点和单步调试；S8、完成功能后，支持根据不同MCU平台直接导出运行代码。本发明系统实用性强、功能多样、性能优异、兼容性和可扩展性好、易于开发。

Description

一种硬件可视化编程构架

技术领域

本发明涉及计算机软件技术领域，尤其涉及一种硬件可视化编程构架。

背景技术

目前，基于EDISON或RASPBERRY的nodered软件，该硬件图形化编程软件是基于事件触发方式的，该软件编程方式也非常简易。但是由于它很好的封装性，程序代码的可阅读型稍微欠缺了点，同时软件模块的封装需要很高的专业技术水平。

基于arduino的ardublock，该可视化软件应用平台目前是在电脑上使用java编写，该软件目前实现功能非常有限，只停留在教学用途。

基于arduino的mind+，该可视化软件应用平台，更注重于实际硬件的形状摆放，对于软件逻辑编辑没有过于强调，主要目标客户是一些对于外形要求比较高的艺术家等。

基于arduino的scratch，该可视化软件应用平台仍然继承了代码的元素，将一些代码的编写通过图形化的调整增加了趣味性。但是其本质仍然没有脱离代码做到真正的逻辑思维的能力，同时其支持的功能也是非常有限的综上所述，目前在硬件图形化界面编程领域仍然停留教学领域，没有一个很好的解决方案能够让开发者在原型设计阶段到之后的量产阶段真正的去抛弃代码和微处理器平台的束缚。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种硬件可视化编程构架，该硬件可视化编程框架集成了独特的硬件连接向导和自测功能,采用特定映射技术使该构架具有导入导出其他平台代码的能力,使用特殊数据传递和画线算法实现了全流程图的硬件编程的流程,同时该构架开发了流程图基础操作单元增加了构架的灵活性和可扩展性,最后该硬件可视化编程构架能够通过端口映射信息根据要求生成不同平台的硬件原理图。

为实现上述目的，本发明提供了一种硬件可视化编程构架，其特征在于，包括以下步骤：

S1、硬件界面元器件拖曳，在硬件界面将左列需要的硬件元器件拖曳到对应软件界面的硬件方框中；

S2、根据对应拖曳框中的提示连接实际硬件；

S3、点击运行按钮，软件界面的硬件将与实际硬件通过wifi或者蓝牙连接；

S4、点击运行按钮，对于每个拖曳框中的硬件进行自测；

S5、完成硬件自测之后，进入到下一个界面进行流程图编程；

S6、在流程图编程中，通过导入外界编程语言和自定义模块来增加扩展性；

S7、在完成流程图编程之后可直接点击运行，同时支持断点和单步调试；

S8、完成功能后，支持根据不同MCU平台直接导出运行代码。

进一步地，所述步骤S6导入外界编程语言和自定义模块的方法具体是：首先将其他平台代码通过该硬件流程图构架的解析器，转换成格式统一的逻辑运算和硬件驱动分离构架；随后将逻辑运算部分直接嵌入流程图的后台运算，将硬件驱动部分通过指令映射编译器转换成当前兼容硬件平台的FPGA指令存放在图形界面后台。

进一步地，所述步骤S8导出运行代码的方法具体为：通过高级语言逻辑转换工具转换应用程序中的高级语言层次；通过该硬件编程软件构架指令映射编译器转换应用程序中的硬件驱动指令部分。

进一步地，所述指令映射编译器预先设置不同平台的口线资源映射,流程图中原子级别的命令会在现成的目标平台的基本指令做一个映射关系。

进一步地，所述步骤S5中进行流程图编程采用特殊数据传递和画线算法的方法，整个操作界面分成N*M(N>=1,同时M>=1)方格,画线算法是根据当前方框在网格中的坐标位置以及手点触方框的顺序进行画线，同时后台将所有该执行框相关执行数据存在于对应方格中，在画线的同时数据结构的指针按照画线的方向进行连接。

进一步地，所述步骤S4中硬件自测方法为：每个软件界面的硬件框都会有一个唯一的识别号，通过wifi或者蓝牙与该可视化硬件构架兼容的硬件进行传输，同时该硬件占用的口线资源也会一并传输，兼容硬件在获得识别码后通过查表的方式获得该硬件的所有具体信息并且根据一并传入的硬件口线资源调用实际的硬件驱动。

本发明的有益效果是：

本发明的硬件可视化编程框架集成了独特的硬件连接向导和自测功能,采用特定映射技术使该构架具有导入导出其他平台代码的能力,使用特殊数据传递和画线算法实现了全流程图的硬件编程的流程,同时该构架开发了流程图基础操作单元增加了构架的灵活性和可扩展性,最后该硬件可视化编程构架能够通过端口映射信息根据要求生成不同平台的硬件原理图。实现了可视化硬件编程的模块的自定义功能、硬件自测功能和原理图自动生成功能，基于完全流程图硬件编程的功能，以及流程图和不同硬件微处理器平台的代码导入和导出功能，增加了平台的兼容性和可扩展性。真正达到了通过轻松拖拽完成从原型到量产的所有软件工作，同时能够对于实际硬件连接进行指导，降低了开发者的门槛，能让一个对于软件和硬件没有任何概念的开发者轻松通过流程图的思维完成自己的设计。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的可视化编程构架总体工作流程图；

图2是本发明的可视化编程构架代码导入工作流程图；

图3是本发明的可视化编程构架代码导出工作流程图；

图4是本发明的硬件驱动程序基本构架图；

图5是本发明的硬件连接向导结构框图；

图6是本发明的硬件自测功能结构框图；

图7是本发明的全流程图硬件编程解决方案图；

图8是本发明的流程图执行顺序图；

图9是本发明的流程图编程界面图；

图10是流程图基本模块示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种硬件可视化编程构架，其特征在于，包括以下步骤：

S2、根据对应拖曳框中的提示连接实际硬件；

S4、点击运行按钮，对于每个拖曳框中的硬件进行自测；

S8、完成功能后，支持根据不同MCU平台直接导出运行代码。

具体地，打开可视化软件，如图5所示，在硬件界面将左列需要的硬件元器件拖曳到对应软件界面的硬件方框中，其中软件界面的硬件方框和实际硬件位置是一一对应的。每拖曳移入方框后，在右边框中会出现实际硬件连线提示。此时用户根据对应的硬件连线提示连好硬件之后，直接点击运行按钮。然后每个硬件上方会有一个自测选项。对于输入型硬件，软件界面硬件框上方会显示对应读出的数据；对于输出型硬件，软件界面硬件框上方会显示对应控制选项。

如图6所示，整个硬件自测的核心运算算法是，将每个软件界面的硬件框都会有一个唯一的识别号，通过wifi或者蓝牙与该可视化硬件构架兼容的硬件进行传输，同时该硬件占用的口线资源也会一并传输。兼容硬件在获得识别码后通过查表的方式获得该硬件的所有具体信息并且根据一并传入的硬件口线资源调用实际的硬件驱动，假设是输入型模块兼容硬件将读取的数值和唯一硬件识别码传回软件界面，软件界面会根据相应信息进行显示。假设是输出型模块，兼容硬件在完成硬件驱动后返回成功信息给软件界面。

在完成整个硬件的连接和自测以后，进入下一个界面进行流程图的编程。对于该流程图编程的方法首先需要说明的是，该软件界面的组成元素。如图10所示，该流程图编程基本元素为圆角方框用于初始化和结束，条件判断框用于软件的流程控制，执行框分为逻辑运算框和硬件执行框两类。同时该执行框支持复合嵌套功能，即多个执行框与条件判断框的组合能够合成为一个单执行框。

如图9所示，该流程图编程界面包含左边的模块选择区，中间的编程区和右边的终端打印区。在最左列的执行框中，该流程图编程构架将执行框分为基础原子操作和自定义操作两类。其中基础原子操作分为基础硬件操作（单字节访问）包含但不局限于图9的硬件访问操作，逻辑运算操作包含但不局限于图9的逻辑运算操作。而自定义操作中的所有执行框都是之前基础原子操作的有机组合。通过这样的构架能够轻松实现流程图自定义函数。在软件的中间界面中，将整个操作界面分成NXM(N>=1,同时M>=1)方格，左边的模块能够对应滑入不同的方格中进行硬件流程图的编程操作。在完成编程之后，能够通过点上方的运行、断点和单步将整个流程图在其兼容硬件中进行运行。

其中，如图4所示。完成编程之后程序运行的实现原理是:每一个流程图方框都对应着一个唯一确认的执行硬件命令或者是逻辑运算,其中该硬件命令能够通过wifi或者蓝牙发送到目标硬件并且被识别执行，逻辑运算直接在本地运行，所有当前框执行的数据结构都保留在当前的框结构中。程序运行的顺序是根据实际箭头顺序来进行,同时不同框之间数据的传递也能够通过箭头的指向用指针的方法在下一箭头指向框中获取前一级任何必要的数据。

断点的实现原理是：整个程序的运行是有次序的进行的，所有当前框的数据结构信息都保留在当前框中，而断点信息也保留在内。当运行到当前框中的时候，系统会自动调用检查当前框对应的断点信息是否使能，从而决定是否继续运行或者直接停留在该步。

单步的实现原理是：单步的运行其实就是在执行当前框中,根据实际输出结果将下一级框的断点信息使能。

如图7所示，在完成整个硬件设计后，可以按中间界面右下方的合成按钮，此时会在最左侧出现一个对应的可执行框。我们可以在今后的应用中直接调用该执行框去替代原来的大段流程图结构。通过双击该可执行框，我们可以看到原来的流程图结构。

接下来着重介绍下流程图中的画线算法、数据传递模式和执行顺序。如图8所示，整个操作界面分成NXM(N>=1,同时M>=1)方格,画线算法是根据当前方框在网格中的坐标位置以及手点触方框的顺序进行画线，同时后台将所有该执行框相关执行数据存在于对应方格中。在画线的同时，数据结构的指针按照画线的方向进行连接。该画线算法的特点是,当点触地两个方框不再同一条直线上时候能够自动优化调整画出直角连线,直线箭头的方向跟用手去点触两个方框的顺序是一致的,箭头永远指向后点的那个方框。

典型硬件编程结构如图4所示，可以分为逻辑运算部分和实际硬件驱动部分。在导入导出中，将这这两部分剥离。原因是逻辑运算部分是不区分硬件平台的，而硬件驱动部分是我们真正需要在不同硬件平台切换中去着重要处理的部分。

导入流程图如图2所示，首先将其他平台代码通过该硬件流程图构架的解析器，转换成格式统一的逻辑运算和硬件驱动分离构架。随后将逻辑运算部分直接嵌入流程图的后台运算，将硬件驱动部分通过指令映射编译器转换成当前兼容硬件平台的FPGA指令存放在图形界面后台。通过以上两部的转换，能够成功的将一个原先在特定平台上运行的代码转换成流程图执行框的形式在当前兼容硬件平台上运行，并且该执行框能够在以后的调用中被随意调用。

导出流程图如图3所示，由于该硬件流程图构架直接分为的逻辑运算和硬件驱动两部分，考虑到流程图中后台高级语言和实际平台中的高级语言会有不同性，可以用现有转换器去无损的转换高级语言的逻辑层次。对于实际硬件驱动，该硬件编程软件构架能够通过指令映射编译器根据目标平台进行转换。

该硬件流程图构架解析器完成的功能是将原先的其他平台的微处理器代码转化成容易被后级导入编译器识别的代码，其中该解析器能够将原先的代码进行优化,做到把逻辑和实际硬件的操作进行分离。

该硬件流程图构架指令映射编译器完成的工作是将原先基于特殊平台的硬件指令转化成目标平台的指令。该编译器主要特点就是预先设置不同平台的口线资源映射和流程图中原子级别的命令会在现成的目标平台的基本指令做一个映射关系。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种硬件可视化编程构架，其特征在于，包括以下步骤：

S2、根据对应拖曳框中的提示连接实际硬件；

S4、点击运行按钮，对于每个拖曳框中的硬件进行自测；

S8、完成功能后，支持根据不同MCU平台直接导出运行代码。

2.如权利要求1所述的一种硬件可视化编程构架，其特征在于，所述步骤S6导入外界编程语言和自定义模块的方法具体是：首先将其他平台代码通过该硬件流程图构架的解析器，转换成格式统一的逻辑运算和硬件驱动分离构架；随后将逻辑运算部分直接嵌入流程图的后台运算，将硬件驱动部分通过指令映射编译器转换成当前兼容硬件平台的FPGA指令存放在图形界面后台。

3.如权利要求1所述的一种硬件可视化编程构架，其特征在于，所述步骤S8导出运行代码的方法具体为：通过高级语言逻辑转换工具转换应用程序中的高级语言层次；通过该硬件编程软件构架指令映射编译器转换应用程序中的硬件驱动指令部分。

4.如权利要求1或2所述的一种硬件可视化编程构架，其特征在于：所述指令映射编译器预先设置不同平台的口线资源映射,流程图中原子级别的命令会在现成的目标平台的基本指令做一个映射关系。

5.如权利要求1所述的一种硬件可视化编程构架，其特征在于，所述步骤S5中进行流程图编程采用特殊数据传递和画线算法的方法，整个操作界面分成N*M(N>=1,同时M>=1)方格,画线算法是根据当前方框在网格中的坐标位置以及手点触方框的顺序进行画线，同时后台将所有该执行框相关执行数据存在于对应方格中，在画线的同时数据结构的指针按照画线的方向进行连接。

6.如权利要求1所述的一种硬件可视化编程构架，其特征在于，所述步骤S4中硬件自测方法为：每个软件界面的硬件框都会有一个唯一的识别号，通过wifi或者蓝牙与该可视化硬件构架兼容的硬件进行传输，同时该硬件占用的口线资源也会一并传输，兼容硬件在获得识别码后通过查表的方式获得该硬件的所有具体信息并且根据一并传入的硬件口线资源调用实际的硬件驱动。