CN109471661B - 一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法，包括以下步骤：1)用户选择设计类型，设计类型包括嵌入式工控机类、数据采集与控制类和工业通讯类；2)确定设计类型的分支选择；3)确定控制器和片上系统；4)生成解决方案：5)模拟测试：对步骤4)生产的解决方案进行模拟仿真测试，或由用户自行设计更改；6)输出结果。本发明解决了现有的嵌入式板卡开发存在开发难度大、周期长、成本高的技术问题，本发明所提供的该方法能够减少嵌入式设备的开发成本及周期，降低嵌入式设备的开发难度。

Description

一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法

技术领域

本发明涉及一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法。

背景技术

当今嵌入式市场软硬件厂家众多，各个厂家都不断的推陈出新以更加强大、灵活以及多系列的产品占领更多的市场份额。可以说是群雄逐鹿。世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，流行体系结构包括MCU，MPU等30多个系列。嵌入式板卡种类繁多，具体实施时还需结合用户需求、硬件选那一类型系列的某一型号、片上系统选那一类的某一版本，可与该硬件兼容的功能芯片、可与功能匹配的成熟电路、可用于该片上系统的编译器(IDE)、系统的移植、功能芯片的驱动……等等。

用户通过平台进行选型、确定版本、匹配电路等，但是现有平台存在以下问题：

1、市场上各个软硬件厂商各自为政，各厂商宣传自己的通用、易用性时仅仅只针对各自的产品，配套的系统及驱动也只是针对某一系列。有些厂商则连配套的系统及驱动也没有。这给用户造成很大的困惑，有些型号的产品还可从网络或计算机书籍上找到资料，有些则资料少之又少。

2、有些厂家对于自己的产品很少或不提供测试版或体验版，这让使用者在选购时只能从介绍上大体了解该产品，具体的细节、适用性、某些参数是无法从销售及售前服务了解到的。

3、所有的厂家都只针对自己的核心芯片(CPU)，对于配套的功能芯片即便该芯片在他们的兼容性列表里，也不提供相应的驱动。

4、各个厂家因商业机密、版权、专利的问题都将与其他厂家交汇、重叠、结合边界的视为雷区。将所有越界的问题全抛给了使用者，让使用者自己去趟雷。

所以，对于一个板卡开发人员(或团队)来说，只能尽量沿用以前的成功案例，做小范围修改以适应新需求，否则无法保证项目成功率及成本。

但是现有没有一种方法能够将收录各种板卡、信息，在线生成，减少嵌入式板卡的开发成本及周期，降低开发难度。

发明内容

为了解决现有的嵌入式板卡开发存在开发难度大、周期长、成本高的技术问题，本发明提供一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法，该方法能够减少嵌入式设备的开发成本及周期，降低嵌入式设备的开发难度。该防范能根据用户的需求，生成符合用户要求的嵌入式板卡的设计图、移植好的片上系统及其相关的功能驱动的源代码，并提供虚拟电路测试功能。

本发明的技术解决方案：

本发明提供一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法，包括以下步骤：

1)用户选择设计类型，设计类型包括嵌入式工控机类、数据采集与控制类和工业通讯类；

2)确定设计类型的分支选择：

3)确定控制器和片上系统；

以用户当前选择的控制器或是片上系统为出发点，以发散的方式搜集与用户当前选择匹配的片上系统或控制器，再以设计类型及业务规则为表决条件，筛选出几个评价最高的片上系统或控制器供用户选择；

4)生成解决方案：

根据确定的控制器和片上系统，利用方案模板生成解决方案，其中方案模版包括硬件模版、软件模版和协议接口模版；

5)模拟测试：

对步骤4)生产的解决方案进行模拟仿真测试，或由用户自行设计更改；

6)输出结果：

根据模拟测试结果，输出设计结果，设计结果包括电气工程图、板级逻辑工程信息和PC级驱动/控制工程图。

本发明能根据用户的需求，生成符合用户要求的嵌入式板卡的设计图、移植好的片上系统及其相关的功能驱动的源代码，并提供虚拟电路测试功能。

进一步的，步骤2)中

嵌入式工控机类的分支选择有：控制器主频、主板构架、存储介质、扩展插槽和通讯接口；

数据采集与控制类的分支选择有：模数采集单元、数模输出单元、数字量采控单元、脉冲采集/发生器、信号采集/发生器和晶振；

工业通讯类的分支选择有：串口、网口、蓝牙、USB、CAN、HDMI、GPIB、WIFI、PCI、PCIe、CPCI、PXI、ISA、GPS、modbus、AFDX、FC、1394、1553、429、422和485。本发明可兼容的嵌入式主控芯片、嵌入式系统种类比较全，降低了嵌入式行业的入门门坎，无论用户是否业内人士，是否精通软硬件设计，只要有需求，通过本发明所提供的方法就能得到想要的完整解决方案。

进一步的，步骤3)具体为：

用户根据设计类型先确定片上系统，然后以片上系统为出发点，以发散的方式搜集与片上系统匹配的控制器，再以设计类型及业务规则为表决条件，筛选出若干个评价最高的控制器供用户选择。

进一步的，步骤3)具体为：

用户根据需求先确定控制器，然后以控制器为出发点，以发散的方式搜集与控制器匹配的片上系统，再以设计类型及业务规则为表决条件，筛选出若干个评价最高的片上系统供用户选择.

进一步的，步骤3)具体为：

用户根据设计类型，将解决方案按成本排序，用户根据预算的选择控制器和片上系统。

进一步的，步骤4)具体为：

硬件模板选择主模块，软件模版选择各个功能模块并以拼接的方式拼接在主模块上，协议接口模块选择对应接口拼接在功模块上。

进一步的，在步骤1)还能够复合选择设计类型，嵌入式工控机类与工业通讯类复合选择；或数据采集与控制类工业通讯类选择。

进一步的，步骤5)模拟测试通过虚拟的通用实验仪器进行测试，所述虚拟的通用实验仪器包括万用表、函数信号发生器、双通道示波器、直流电源、频谱分析仪、器件非线性分析仪、噪声分析仪、离散傅立叶分析仪和时域频域分析仪。

进一步的，步骤6)中电气工程图包括原理图、PCB图、GerBer图、器件清单、生产工艺单和验收单；

板级逻辑工程信息：提供用户所需的板卡下载/烧写的逻辑的源代码；

PC级驱动/控制工程信息：提供多平台、多编译器的板卡驱动/控制源代码及其编译器工程、使用示例、API使用说明书。

本发明所具有的有益效果：

1、本发明能根据用户的需求，生成符合用户要求的嵌入式板卡的设计图、移植好的片上系统及其相关的功能驱动的源代码，并提供虚拟电路测试功能。

2、本发明可兼容的嵌入式主控芯片、嵌入式系统种类比较全，降低了嵌入式行业的入门门坎，无论用户是否业内人士，是否精通软硬件设计，只要有需求，通过本发明所提供的方法就能得到想要的完整解决方案。

3、本发明打破了各个嵌入式软硬件系列之间的技术壁垒，用户不必考虑系统移植、芯片驱动、硬件选型、电磁兼容等细节问题，只需跟随本工具的启发式向导模块，就可简单的自动化完成所有的设计。

4、本发明通过仿真模拟测试可以对成型板卡的功能行为进行模拟，而不需要建立实际的电路。在构建实际的电路之前，对设计进行仿真验证，可以大大地提高设计效率，不必为板卡的物理实现付出时间和经济的成本，用户可以轻松地观察板卡行为的即时状态。

附图说明

图1为本发明嵌入式板卡及驱动自动生成方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法具体流程如下：

1)用户选择设计类型，设计类型包括嵌入式工控机类、数据采集与控制类和工业通讯类；

嵌入式工控机类的分支选择有：控制器(MCU)主频、主板构架、存储介质、扩展插槽和通讯接口；

控制器(MCU)主频选的越高，可供用户选择的解决方案越少。如用户选择1G以上主频，则只有Intel的ATOM控制器、灵动6层主板构架一种解决方案。

数据采集与控制类的分支选择有：模数采集(AD)、数模输出(DA)、数字量采控(I/Oswitch)、脉冲采集/发生(PWM)、信号采集/发生(digital/analog signal)、晶振(Crystal)。这些分支可单选或组合选择，但尽量不要与“信号/脉冲”发生功能组合，“信号/脉冲”发生功能产生的信号引起的电磁干扰可能会干扰到其他功能的正常信号，而这一点是本工具提供的虚拟测试中是无法模拟出来的。

工业通讯类的分支选择有：串口、网口、蓝牙、USB、CAN、HDMI、GPIB、WIFI、PCI、PCIe、CPCI、PXI、ISA、GPS、modbus、AFDX、FC、1394、1553、429、422、485。

以上三大类中“嵌入式工控机类”与“工业通讯类”可复合选择，“数据采集与控制类”与“工业通讯类”可复合选择。

如需将“嵌入式工控机类”与“数据采集与控制类”复合，请在“嵌入式工控机类”的“扩展插槽”分支中选择与“数据采集与控制类”相对应的通讯协议，将数据采集与控制板卡作为嵌入式工控机的扩展功能卡插在扩展插槽上。

2)硬件选择、片上系统选择；

在用户确定设计方向后，本工具会将符合用户需求的控制器及片上系统罗列出来供用户选择。这里本工具提供三种操作方式供用户选择：

①片上系统→控制器→解决方案

片上系统选择分为实时系统与非实时系统，如果用户在设计方向中选择数据采集与控制类或工业通讯类，本工具会建议用户采用实时系统。如果用户在设计方向中选择嵌入式工控机类，本工具会建议用户采用非实时系统。

在实时系统中，如果用户对文件系统有要求本工具会推荐VxWorks、RTLinux、QNX，否则会推荐用户使用uC/OS、RTX。

非实时系统则推荐WinCE、Linux、Android。

根据片上系统，如果选择VxWorks则控制器首推PowerPC，RTX则是ARM。

②控制器→片上系统→解决方案

用户也可选择从控制器开始，根据项目的需要选择合适的控制器。本工具同样会为用户推荐合适的片上系统。

以上两种方式均为专业人员提供，用户可定制符合自己要求的解决方案。如非专业人员可选用第三种操作方式，如下。

③方案成本→解决方案

本操作方式根据设计类型方向，将解决方案按成本从低到高排列，用户可选择符合预算的解决方案。

本工具为了能适应各个层面的使用者，采用了一种智能化推荐的向导方式：工作流和业务规则引擎。该引擎以使用者当前的选择为出发点，在后台以发散的方式搜集大量信息，再以业务规则为表决条件，筛选出几个评价最高的方案供使用者挑选。

3)生成解决方案

解决方案套用本工具内置方案模版，方案模版分为硬件模版、软件模版和协议接口模版。

硬件模版以功能分类，包括：控制器(MCU)模版类、模数采集(AD)模版类、数模输出(DA)模版类、数字量采控(I/O switch)模版类、脉冲采集/发生(PWM)模版类、信号采集/发生(digital/analog signal)模版类、晶振(Crystal)模版类。

软件模版以编译器(IDE)分类，包括：Virsual Studio模版类、Keil模版类、WindRiver Workbench模版类、QT模版类、Adroid Studio Developer模版类、QNX Momentics模版类、CCS模版类、ISE模版类。

协议接口模版以通讯协议分类，包括：串口模版类、网口模版类、蓝牙模版类、USB模版类、CAN模版类、HDMI模版类、GPIB模版类、WIFI模版类、PCI模版类、PCIe模版类、CPCI模版类、PXI模版类、ISA模版类、GPS模版类、modbus模版类、AFDX模版类、FC模版类、1394模版类、1553模版类、429模版类、422模版类、485模版类。

方案模版硬件解决方案以控制器(MCU)模版为核心，各个模版均以插接件方式呈现。即，控制器(MCU)模块为核心主模块，功能模块(如：AD、IO)作为扩展模块拼接在主模块上，协议接口模块拼接在功能模块上。所有模块对外均定义统一的接口定义，如：总线(Bus)、电源(Power)、数据(Data)、片选(CS)、调制(Adjust)等。每一种控制器(MCU)模块最多可接的功能模块和协议接口模块数量不定，根据控制器(MCU)本身的功能强弱不同。如51系列控制器，最多只能接3个功能模块及3个协议接口模块。

方案模版软件解决方案根据控制器(MCU)的不同，本工具会自动选择相对应的编译器模版，生成相应的板卡用逻辑工程。请用户自行安装官方编译器及下载/烧写器。

本工具会自动生成对应的用户PC驱动，这些代码模块均采用统一的对外接口定义，以AFDX协议、PXI接口为例：初始化函数AFDX_PXI_Init(xxx)、打开函数AFDX_PXI_Open(xxx)、读函数AFDX_PXI_Rerad(xxx)、写函数AFDX_PXI_Write(xxx)、写设置函数AFDX_PXI_Set_Option(xxx)、取设置函数AFDX_PXI_Get_Option(xxx)、关闭函数AFDX_PXI_Close(xxx)。同时本工具会为用户提供多平台、多编译器使用示例，用户也可在随后的模拟测试中进行试用。

生成解决方案的过程为本工具内部自动化、无人值守过程。整个生成过程需3～5分钟，界面会有生成过程百分比进度条显示，请用户耐心等待。

4)模拟测试

模拟测试可对以上输出的硬件解决方案进行仿真，也可由用户自行设计更改。元器件库提供数千种器件供实验选用，新的器件本工具会在升级器件库中提供。

模拟测试提供了虚拟的通用实验仪器，如：万用表、函数信号发生器、双通道示波器、直流电源、频谱分析仪、器件非线性分析仪、噪声分析仪、离散傅立叶分析仪、时域频域分析仪。

用户可在模拟测试中设计、数字电路、模拟电路、控制器电路。可对被仿真的电路进行开路、短路、漏电等不同故障的仿真，用户可以边设计边修改。

本工具不限制器件的种类与数量，可直接打印输出实验数据、参数、器件列表、曲线图、原理图、PCB图等。

5)输出结果

本工具最终为用户输出结果为：

①电气工程

原理图、PCB图、GerBer图、器件清单、生产工艺单、验收单。

②板级逻辑工程

提供需给板卡下载/烧写的逻辑的源代码及其工程，由用户自行安装编译器给板卡下载/烧写。

③PC级驱动/控制工程

提供多平台、多编译器的板卡驱动/控制源代码及其编译器工程、使用示例、API使用说明书。

数据库的建立

数据库采用分布式数据库方式，将同类型的信息归纳为一种数据库。本工具将所需信息归纳为5个数据库：芯片库、片上系统库、驱动库、辅助电路库、工程模版库。

芯片库主要存储各主要功能芯片信息，如控制器(MCU)的主频、型号、参考价格、位数、功能1……功能n、功能管脚、可移植系统……等。

片上系统库主要存储各片上系统在往控制器(MCU)移植时需要改动的数据、参数、地址、功能寄存器、线程寄存器、任务调度器、邮箱/队列操作……等。

驱动库主要存储各个板级和PC级驱动代码、控制规则、中断方式、逻辑关系……等。

辅助电路库主要存储一些成型、成熟电路，如：稳压/稳流电路、比较电路、信号缩放电路，电源隔离电路、滤波/降噪电路……等。

工程模版库主要存储软硬件模版类。

Claims (9)

1.一种嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于包括以下步骤：

1)用户选择设计类型，设计类型包括嵌入式工控机类、数据采集与控制类和工业通讯类；

2)确定设计类型的分支选择：

3)确定控制器和片上系统；

以用户当前选择的控制器或是片上系统为出发点，以发散的方式搜集与用户当前选择匹配的片上系统或控制器，再以设计类型及业务规则为表决条件，筛选出几个评价最高的片上系统或控制器供用户选择；

4)生成解决方案：

根据确定的控制器和片上系统，利用方案模版生成解决方案，其中方案模版包括硬件模版、软件模版和协议接口模版；

5)模拟测试：

对步骤4)生产的解决方案进行模拟仿真测试，或由用户自行设计更改；

6)输出结果：

根据模拟测试结果，输出设计结果，设计结果包括电气工程图、板级逻辑工程信息和PC级驱动/控制工程图。

2.根据权利要求1所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于：

步骤2)中

嵌入式工控机类的分支选择有：控制器主频、主板构架、存储介质、扩展插槽和通讯接口；

数据采集与控制类的分支选择有：模数采集单元、数模输出单元、数字量采控单元、脉冲采集/发生器、信号采集/发生器和晶振；

工业通讯类的分支选择有：串口、网口、蓝牙、USB、CAN、HDMI、GPIB、WIFI、PCI、PCIe、CPCI、PXI、ISA、GPS、modbus、AFDX、FC、1394、1553、429、422和485。

3.根据权利要求2所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于，步骤3)具体为：

用户根据设计类型先确定片上系统，然后以片上系统为出发点，以发散的方式搜集与片上系统匹配的控制器；再以设计类型及业务规则为表决条件，筛选出若干个评价最高的控制器供用户选择。

4.根据权利要求2所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于，步骤3)具体为：

用户根据需求先确定控制器，然后以控制器为出发点，以发散的方式搜集与控制器匹配的片上系统；再以设计类型及业务规则为表决条件，筛选出若干个评价最高的片上系统供用户选择。

5.根据权利要求2所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于，步骤3)具体为：

用户根据设计类型，将解决方案按成本排序，用户根据预算选择控制器和片上系统。

6.根据权利要求1-5之任一所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于，

步骤4)具体为：

硬件模版选择主模块，软件模版选择各个功能模块并以拼接的方式拼接在主模块上，协议接口模版选择对应接口拼接在功能模块上。

7.根据权利要求6所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于，

在步骤1)还能够复合选择设计类型，嵌入式工控机类与工业通讯类复合选择；或数据采集与控制类工业通讯类选择。

8.根据权利要求7所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于，

步骤5)模拟测试通过虚拟的通用实验仪器进行测试，所述虚拟的通用实验仪器包括万用表、函数信号发生器、双通道示波器、直流电源、频谱分析仪、器件非线性分析仪、噪声分析仪、离散傅立叶分析仪和时域频域分析仪。

9.根据权利要求8所述的嵌入式板卡及驱动自动生成方法，其特征在于，

步骤6)中电气工程图包括原理图、PCB图、GerBer图、器件清单、生产工艺单和验收单；

板级逻辑工程信息：提供用户所需的板卡下载/烧写的逻辑的源代码；

PC级驱动/控制工程信息：提供多平台、多编译器的板卡驱动/控制源代码及其编译器工程、使用示例、API使用说明书。

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