磁場(chǎng)檢測儀的嵌入式軟件和硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)模式

引言

隨著(zhù)電子產(chǎn)品功能日益增多、性能日益增強，低成本32位微處理器、多層PCB板被廣泛應用，軟件和開(kāi)發(fā)團隊的規模隨之擴大，同時(shí)開(kāi)發(fā)周期呈指數增長(cháng)。因此，以往的開(kāi)發(fā)方式越來(lái)越不適應項目開(kāi)發(fā)的需要。目前，國內磁場(chǎng)檢測儀器主要集中應用在工業(yè)用低頻強磁場(chǎng)和通信用的高頻弱磁場(chǎng)測量上，而中頻強磁場(chǎng)測量仍是磁場(chǎng)測量領(lǐng)域的一個(gè)難題?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/嵌入式">嵌入式操作系統的中頻強磁場(chǎng)的測量系統開(kāi)發(fā)中，涉及到高速硬件電路設計、多層PCB板布線(xiàn)、32位微處理器編程、上位機軟件編程等多項工作，因此，需要眾多開(kāi)發(fā)人員協(xié)同開(kāi)發(fā)。

通過(guò)長(cháng)期的實(shí)踐發(fā)現，在項目開(kāi)發(fā)中引入開(kāi)源項目管理平臺Redmine、嵌入式操作系統μC/OS-II、仿真軟件Proteus和調試軟件Bus Hou nd，能夠有效地提升整個(gè)項目的協(xié)同開(kāi)發(fā)能力和管理水平。采用協(xié)同開(kāi)發(fā)管理模式，可以達到以下4方面的顯著(zhù)效果：提高嵌入式軟件和硬件之間的協(xié)同開(kāi)發(fā)效率;提高嵌入式軟件各模塊間的開(kāi)發(fā)效率和開(kāi)發(fā)質(zhì)量;提高上位機和下位機軟件的開(kāi)發(fā)效率和開(kāi)發(fā)質(zhì)量;有效提高整個(gè)項目協(xié)同開(kāi)發(fā)的管理水平。

1 磁場(chǎng)檢測儀開(kāi)發(fā)管理平臺

項目管理的好壞關(guān)系到項目開(kāi)發(fā)質(zhì)量的高低，同時(shí)，對開(kāi)發(fā)效率和開(kāi)發(fā)質(zhì)量也將產(chǎn)生重大的影響。目前市場(chǎng)上，基于Web的開(kāi)源項目管理軟件已經(jīng)發(fā)展得很成熟，此類(lèi)軟件在高校的教學(xué)和研究，以及中小企業(yè)的項目開(kāi)發(fā)管理中，都得到了廣泛的應用。

現階段，在磁場(chǎng)檢測系統項目開(kāi)發(fā)中，由于軟硬件的開(kāi)發(fā)復雜，開(kāi)發(fā)人員眾多且開(kāi)發(fā)人員存在著(zhù)開(kāi)發(fā)能力參差不齊、流動(dòng)性大等特點(diǎn)，加上項目的開(kāi)發(fā)時(shí)間跨度大等原因，使得項目管理變得十分困難。經(jīng)過(guò)筆者應用分析，從軟件的成熟度、穩定性、流行性、社區發(fā)展情況，以及安裝配置的簡(jiǎn)易性這幾方面進(jìn)行詳細的分析比較，最終在Launchpad、Redmine和Trac這3個(gè)軟件中，選擇了Redmine。

在磁場(chǎng)檢測系統的項目管理平臺搭建中，首先，利用BitNami Redmine Stack提供的一鍵式安裝包，安裝好Redmine平臺，然后把中頻磁場(chǎng)檢測系統開(kāi)發(fā)團隊的成員、任務(wù)(問(wèn)題)、文檔、討論、Wiki、版本管理，以及各種形式的資源整合在此平臺上，大家通過(guò)一起參與更新任務(wù)、更新文檔等來(lái)推動(dòng)項目的進(jìn)度。同時(shí)，系統地利用時(shí)間線(xiàn)索和各種報表，動(dòng)態(tài)顯示項目的進(jìn)度狀態(tài)。

在項目中引入Redmine管理平臺，界面如圖1所示。起到了立竿見(jiàn)影的效果：

①開(kāi)發(fā)團隊中新加入的成員通過(guò)此平臺，可以快速地了解項目的詳細情況，從而能夠快速地接手項目;

②團隊中如有成員離開(kāi)，其他成員可以快速地接手該成員原來(lái)負責的任務(wù);

③相對于以往采用客戶(hù)端TortoiseSVN訪(fǎng)問(wèn)SVN的方式，開(kāi)發(fā)成員更容易接受Redmine提供的Web訪(fǎng)問(wèn)方式，來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和操作SVN版本控制器;

④為團隊成員的內部溝通和交流提供了高效的平臺;

⑤根據項目的進(jìn)展情況，可以及時(shí)地調整項目的進(jìn)度，從而實(shí)現高效的動(dòng)態(tài)管理。

2 嵌入式軟件和硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)

Proteus可以實(shí)現原理圖設計、PCB布板以及微處理器與外圍電路的協(xié)同仿真。Proteus微處理器模型支持8051、PIC、MSP430、AVR、ARM 7和HC11等系列微處理器。其中，2011年推出的Proteus7.10版本，增加了對ARM Correx-M3系列處理器的支持。

電子產(chǎn)品從芯片的選型、電路設計、PCB布板到樣板焊接調試，這中間一般需要幾個(gè)月的時(shí)間，這段時(shí)間對整個(gè)項目開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，是非常關(guān)鍵的。在磁場(chǎng)檢測儀樣板制作的同時(shí)，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員在Proteus中繪制基本原理圖后，就可著(zhù)手在Proteus的ARM Cortex-M3微處理器模型上編寫(xiě)程序。

由于采用Proteus和IAR聯(lián)調，即在IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行代碼調試，運行和調試結果直接在Proteus中顯示，因此不用等到樣板制作完畢再開(kāi)始嵌入式軟件的調試，從而做到嵌入式軟件和硬件的同步開(kāi)發(fā)。

另外，相對于直接在樣板上調試，Proteus更容易判斷出某個(gè)功能不能實(shí)現的具體原因，是由于硬件的故障還是軟件的編程問(wèn)題引起的，從而避免了誤將硬件故障認為是軟件編程問(wèn)題的情況發(fā)生，大大提高開(kāi)發(fā)效率。另一方面，在磁場(chǎng)檢測儀LCD顯示驅動(dòng)程序的調試中，利用Proteus提供的邏輯分析儀虛擬儀器測量LCD驅動(dòng)時(shí)序，可以非常直觀(guān)地調試LCD的驅動(dòng)程序，快速地完成LCD驅動(dòng)程序的編程和調試。

由于磁場(chǎng)檢測儀中每一版本的PCB都只焊接制作了3塊樣板，大部分調試都在Proteus上完成。所以，用Proteus代替實(shí)際樣板調試，可以很大程度地減少元件的購置，減少樣板的制作;同時(shí)，也大大減少了JTAG仿真器、示波器、邏輯分析儀等調試設備的購置。為磁場(chǎng)檢測系統開(kāi)發(fā)節約大量的資金和寶貴的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

3 嵌入式軟件各模塊協(xié)同開(kāi)發(fā)

3.1 引入嵌入式操作系統實(shí)現任務(wù)分解

現在，國內低端手機設計上廣泛使用聯(lián)發(fā)科技MTK的方案，將手機芯片和手機軟件平臺預先整合到一起。MTK的整套軟件系統十分龐大且復雜，但其架構是引入Nucleus嵌入式操作系統，將手機軟件分解成多個(gè)任務(wù)并行開(kāi)發(fā)。

MTK使用了Nucleus實(shí)時(shí)操作系統，但在其上做了內核抽象層的封裝，以適應最終生產(chǎn)廠(chǎng)商選擇其他實(shí)時(shí)操作系統的需要(如選擇替換為T(mén)hreadX)。Nucleus、ThreadX和μC/OS-II這3個(gè)嵌入式操作系統功能上很類(lèi)似，但商用license是不一樣的。其中μC/OS-II應用在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的產(chǎn)品，是需要購買(mǎi)license的;而針對高校的教學(xué)和研究，是免費的。這也是μC/OS-II廣泛被高校教師和學(xué)生認知的一個(gè)重要原因，同時(shí)這也是我們優(yōu)先采用μC/OS-II作為磁場(chǎng)檢測儀的嵌入式操作系統的一個(gè)重要原因。

目前，ARM程序的規模一般都很大，需要多人協(xié)同開(kāi)發(fā)。由于不帶嵌人式操作系統的程序，僅依靠全局變量和函數傳遞信息，程序耦合度十分高，很難實(shí)現多人的協(xié)同開(kāi)發(fā)。引入嵌入式操作系統后，各個(gè)任務(wù)間通過(guò)消息郵箱、消息隊列或信號量同步，大大降低程序的耦合度，極大地提高團隊協(xié)同開(kāi)發(fā)的效率。

引入嵌入式操作系統后，一般將程序分成幾個(gè)任務(wù)(線(xiàn)程)，分別由專(zhuān)人負責。嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程中，首先是對電路板和嵌入式操作系統進(jìn)行初始化，接著(zhù)創(chuàng )建若干任務(wù)，剩下的工作就是編寫(xiě)每個(gè)任務(wù)或中斷處理的程序代碼。圖2為磁場(chǎng)檢測儀的中斷和任務(wù)間的同步關(guān)系框架圖.