基于Zynq SoC,NI SOM經過廣泛的測試與驗證，并配有完整的軟件協議棧。

嵌入式設計團隊肩負著處理眾多棘手問題的重擔。他們需要跟上最新技術并提供眾多新功能以保持競爭優勢；同時，對于每個新項目他們還要更少的資源更快速地實現上述目標。這就給需要采用傳統方法實現快速開發的設計團隊施加了巨大壓力。

然而，傳統設計方法難以實現快速創新。事實上，這些方法經常導致錯過最終交付期限。根據UBM的“2013年嵌入式市場調查”統計，57%的嵌入式項目不能按時交付或是被取消。

這些團隊有可能通過添加資源的方式來輔助管理軟件等高投資項目。但是，管理人員還承擔著保持和提高項目盈利能力的責任。由于需要平衡創新與盈利能力，很多設計團隊正在轉向采用新的嵌入式系統開發方法。

比起從頭開始開發產品，越來越多的設計團隊開始使用現成的組件以幫助加速設計進程。這些組件中最極富吸引力的組件就是系統級模塊(SOM)。根據IHS的“2012年全球嵌入式計算機板卡與模塊市場分析”的數據顯示，SOM預計將在2010至2016年間實現17.5%的復合年增長率，其次是單機板，增速達9.3%。

系統級模塊（SOM）可提供嵌入式設計所需的多種組件，如賽靈思Zynq?-7000 All ProgrammableSoC等處理組件以及存儲器等通用組件。此外，一些系統級模塊配有完整的軟件協議棧，因此無需開發成本高昂的驅動器、中間件和OS。這樣嵌入式設計人員就可以利用SOM為特定應用靈活定制系統，比如添加特定I/O、外設和封裝。采用現成硬件設計保持靈活性，能夠讓設計團隊在應用開發上先人一步，同時還可減少整體開發時間和風險。

最近推出的NI sbRIO-9651系統級模塊提供可定制的SOM（圖1）。該產品可提供經過全面驗證的軟件組件，能節省更多設計時間并進一步降低風險，同時還可提供用來對FPGA進行編程的簡單的硬件描述語言(HDL)替代方案。

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洞悉硬件

NI SOM將賽靈思Zynq-7020 SoC與RAM和存儲器等輔助組件整合在名片大小的PCB板上（圖2）。Zynq SoC集成了667MHz雙核ARM? Cortex?-A9處理器和Artix?-7 FPGA架構。這些組合在一起共同構成了現成產品中用以解決當今眾多嵌入式挑戰的基本組件。

在產品開發的初期階段，嵌入式團隊的任務是選擇并整合所有這些組件。雖然這些產品規范對于設計具有重要意義，但給最終產品帶來的差異很小。相反，這些任務通常會增加很多風險，例如電路板反復設計。通過使用經過廣泛可靠性測試的現成硬件產品，嵌入式團隊可以節省設計時間并降低項目風險。

可靠性要求表現不一，而且對每種應用都有獨特要求（參見本期雜志中“設計可靠性：MTBF——這只是開始”一文）。可靠性可能涉及到從長期部署的正常運行時間到在特定環境中的運行能力等方方面面。NI長期以來一直將精力重點放在驗證與確認上，以提供高質量產品。因此，我們的嵌入式控制器平臺CompactRIO被部署在各種關鍵應用領域，例如醫療設備、石油和天然氣油田等嚴苛環境以及智能電網應用等長期部署。NI SOM 延續了這一趨勢，并進行了多項驗證，例如針對電氣、沖擊和振動的仿真與測試，以及熱機械測試。

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新產品的開發套件包括帶有多種外設（千兆位以太網x2、USB主機、USB設備、SD、RS-232x2、RS-485、CAN）的參考設計載板，并提供可將這些外設集成到定制載板設計中的設計文件。此外，參考設計載卡還提供一個用來與特定芯片組進行通信的數字原型設計區域，以及四個有助于加速I/O選擇與集成的PMOD連接器。許多芯片廠商均提供從簡單模擬I/O到立體聲功率放大器等各種PMOD模塊。

驗證過的完整中間件解決方案

NI SOM還將經過驗證的板級支持包(BSP)、設備驅動程序與NI Linux Real-Time操作系統完美集成在一起（圖3）。這些開箱即用的軟件組件能夠為以太網或USB、存儲器等組件的接口以及處理器與FPGA之間的通信接口等外設提供支持。NI Linux Real-Time集實時操作系統(OS)的卓越性能和Linux的通用性和開放性于一身。軟件開發人員能夠借助龐大的Linux社區擴大實時應用，同時保持確定性操作。此外，NI LinuxReal-Time還提供一條路徑供C/C++和Lab-VIEW Real-Time應用與可編程FPGA進行通信，因此在處理器編程方面實現了更大的靈活性。

根據UBM的“2013年嵌入式市場調查”統計，軟件開發占用了嵌入式項目60%以上的資源。開發人員通常必須提供中間件、固件、嵌入式OS和應用軟件等組件，這就需要對開發、測試和調試進行大量投入。與硬件類似，NI SOM的軟件同樣經過了大量的驗證與確認過程，例如針對所有外設的應力測試。NI SOM可提供驗證過的BSP、設備驅動程序和實時OS，從而有助于助設計團隊最大限度地縮短開發時間和降低風險。這樣一來，設計團隊便可集中精力實現關鍵特性，如集成特定I/O或開發定制算法和應用軟件。

FPGA應用軟件

采用可重配置的FPGA技術，便可執行高速信號處理、高速或確定性控制、內聯信號處理以及定制定時與觸發。對于控制系統，您還可以直接在Zynq SoC的可編程邏輯中運行高級控制算法，以最小化時延并最大化回路速度。

NI LabVIEW系統設計軟件可提供圖形化開發環境，該環境包括數千個用于構建處理器和FPGA的功能模塊和IP模塊。LabVIEW FPGA對Lab-VIEW圖形化開發平臺進行了延伸，可提供一種能夠簡化I/O接口連接和數據通信任務的HDL編程替代方案，極大地提高了嵌入式系統設計的生產力并縮短了產品上市時間。

LabVIEW FPGA提供由NI和賽靈思共同開發的IP，用以實現計數器等基本功能，或視頻解碼和復雜運動控制等更高級算法。經驗豐富的HDL開發人員能夠利用IP Integration Node導入并重用已有代碼。此外，該軟件還集成了DMA引擎，用來實現處理器與FPGA架構間的數據傳輸。

利用COMPACTRIO實現快速原型設計進程
根據定制設計構建原型時，在開發初期階段通常需要花費數月時間來集成組件和I/O，然后才能對應用軟件進行驗證。盡管現成的標準產品能夠加速概念驗證進程，但隨后設計團隊不得不從頭做起，原因在于他們在最終部署時無法重用任何一個代碼。但借助CompactRIO控制器和NI SOM，設計團隊在進行最終部署時就可以快速實現原型設計并重用他們的大部分代碼。

CompactRIO控制器和NISOM均采用LabVIEW RIO架構。該架構包含三個均可由同一軟件工具鏈進行編程的組件，這三個組件包括：用于通信和處理的嵌入式控制器；用于高級控制、數字通信協議、時序、信號處理和濾波的FPGA ；用于連接任意傳感器或器件的I/O。除了這三個組件，CompactRIO控制器還提供一個機械封裝和100多個C系列 I/O模塊。這樣設計團隊無需開發定制硬件，便可立即著手開發他們的應用軟件，從而顯著縮短原型設計所需的時間。

在建立原型設計后，NI SOM可重用大部分代碼，從而讓設計團隊能夠集中精力從定制載板集成I/O，而不用再次重新開發應用軟件。

減少開發時間和風險

由于整合了經過全面測試和驗證的硬件設計以及完整的中間件解決方案和嵌入式操作系統，因此NI SOM能為設計團隊節省大量開發時間，并幫助他們加速創新產品上市進程。支持外設的BSP、存儲器和RAM連接以及處理器與FPGA之間的通信線路等諸多常見任務對每個嵌入式項目來說都是不可或缺的，NI SOM會對其進行全面管理。同樣，NISOM也能簡化許多其它常見設計任務。例如，它提供了一個集成式散熱器，可簡化散熱解決方案的機械設計，并提供針對熱驗證的單一觸點。

借助NI SOM，設計團隊可以信心十足地確保按期交付嵌入式項目，同時保持甚至提高盈利能力。Optimedica是一家位于加利福尼亞的醫療器械公司，該公司正在使用NI SOM開發他們的新一代白內障手術用高精度激光系統。Optimedica創始人Mike Wiltberger表示：“NI SOM將會極大地提高我們項目的盈利能力。與其它替代方案相比，它可以為我們節省六個月的開發時間，而且如果使用其它方案，我根本無法按我們的報價構建出這樣的系統。”