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摘 要：嵌入式系统设计开发过程中常会遇到诸如算法分析、原型验证、自动化测试、辅助工具设计等工作,其开发效率和质量直接影响到项目的进程.对于目前国内众多开发人员,迫切需要这样一种软件开发工具：易学、高效、功能强.Python作为这样一种开源脚本语言,配合众多实用的第三方函数库,可极大地提高嵌入式系统开发效率和质量.作者结合自己在几个项目开发中的实战经验,对此进行了入门介绍.
关键词：Python；嵌入式系统
引言
嵌入式设计开发通常是比较系统的工程,对开发人员有较全面的要求,硬件、软件、算法、测试等各个方面都得照顾到,所有环节有效的配合才能保证整个项目的顺利进展,对时间质量要求高的项目更是如此.
实际开发过程中常会遇到问题有算法分析、原型验证、自动化测试、辅助工具设计等,选择好恰当的工具,对提高工作效率和质量至关重要.本文要介绍的Python脚本语言和众多第三方函数库就是这样的利器,易学、高效、功能强,值得推广.
1.Python简介
Python是一种流行的动态脚本语言,经历了十多年的发展现已相当成熟稳定.其语法简捷清晰、面向对象、跨平台、扩展性强,适合完成各种高层任务,既可快速开发脚本程序,也可用来开发大规模软件.
由于遵循开源GPL协议,用户众多,反过来也推动了第三方函数库的稳步发展,现数量众多功能强大的函数库（其中大部分也是开源的）能适应几乎所有的应用：字符处理、系统控制、图像处理、图形界面、数据库、科学计算、网络应用、单元测试等.
本文不介绍Python语言的基础知识,感兴趣的读者请自行查阅相关内容.推荐的学习材料有：论文范文网站、安装自带的文档、第三方库的文档、网络社区等.
2.函数库介绍
函数库分两类：标准库和第三方库.前者是安装时自带的,能完成基础的字符、文件、系统、网络等控制,后者是在前者基础上扩充开发的,也是Python最成功之处,现就常用于嵌入式开发的几个库分类介绍,以下库均遵循GPL协议.
2.1科学计算
◆ Numpy、Scipy
NumPy数值计算包提供了矩阵、线性代数、傅里叶变换等的解决方法.
Scipy提供更强的数学计算分析功能：线性计算、信号处理、图像处理、最优化求解等.大多数函数接口和Matlab类似,容易上手.
◆ Matplotlib
二维图形绘制模块,包括线图、直方图、饼图、散点图以及误差线图等,输出效果相当专业,许多函数接口也与Matlab类似.
◆ SymPy
符号运算,可进行算法仿真、模拟.
2.2图像处理
◆ PIL
提供图像处理操作：裁剪、旋转、滤波、增强等.嵌入式开发中经常需要操纵图形资源,用于点阵液晶屏幕显示,如图形转化成C语言数组、屏幕缓冲数据转换成图片,都可借用此模块实现.
◆ MayaVi
用于绘制三维数据图形.
2.3图形界面
◆ wxPython
高效的GUI工具箱,提供图形接口,可生成标准风格的Windows程序窗口,新版本中包含的许多控件非常有特色.
◆ wxGlade
图形程序的开发工具,用wxGlade绘制好窗体后生成Python代码,加入函数相应代码即可.
2.4数据库
◆ pySqlite
轻量级的数据库,现以成为标准库.
2.5硬件控制
◆ pyParallel、pySerial
用于控制PC机的并口和串口.
◆ pyVisa
控制VISA接口设备.
◆ pyAudio
声音控制,若需用操纵声音资源,集成至嵌入式系统固件中,可用此模块.
2.6其它
◆ Socket、FTP、Telnet
网络接口,可用于控制测量仪器和设备,TCP/UDP方式调试网络设备.
◆ 动态链接库接口
某些必须由其它语言实现的功能可先编译成动态库,再由Python调用.
3.项目案例
以下介绍作者在实际项目中使用Python提高开发效率的几个例子.
3.1位图资源的C代码转换
某便携式仪表支持16级灰度点阵液晶,需要显示若干图标、图片.素材先由图形处理软件修饰完成,存为灰度位图格式文件,再调用Python编的处理脚本,转换图片成C语言格式’数组,集成到系统项目中,编译至固件,最终显示在仪表屏幕上.
图1为待转换的图标lconHelp．Bmp,转换后的结果lconHelp,c如下：
与上述正向转换对应的还有逆向转换；仪表调试过程中下断点,使用调试软件脚本命令按一定ASCII格式取出屏幕缓存,编写相应Python脚本将之转换成位图图片,实现了仪表屏幕的“截图”,可用作产品使用说明书的素材.
3.2 Agilent信号发生器的控制
硬件开发中常用的示波器、信号源、高精度万用表等仪器大都有编程控制功能,通过串口、以太网、GPIB等接口和相关协议控制.以Agilent 3320A信号源为例,通过以太网与PC组网连接后,PC机在5024端口用Telnett办议与信号源建立连接,用Python脚本通过SCPI协议控制.利用Python对象化语言的优势将信号源封装成类,设置功能（如开关、波形类型、幅度、频率、扫频、调制等）均被抽象为事件,使用时只要调用该类对象的函数即可.
如一次硬件测试中需要依次输出频率为10、20、50、100、..10K. 20K、50K、100KHz,幅度1V的正弦波,每段的间隔时间0.5秒,只需调用封装好的类,实现如下：
d：AGILENT33220A（）#建立实例
d．Connect（）0#网络连接
d．Reset（）#仪器复位
for i in[10,20,50,100,200,500,1000,2000,5000,10000,200 00,50000．100000]：
d．SetParms(&,acute,SIN&,acute,,i,1,0)#输出正弦波
time.sleep(0.5)#延时半秒
d．Output(False)#关闭输出
3.3开关机电路测试
某款手持式仪表在开机时偶尔出现白屏无法启动的现象,测试人员不得不手动地做开关机测试,每次循环周期约1 5秒,但故障概率极低,甚至几小时测下来也不能重现,整个测试过程费时费力.
为提高效率,开发了一套自动测试装置：使用Python脚本控制并口,用一输出端口控制连接在仪表电源按键上的继电器,模拟用户的按键操作,再用几个输入端口检测仪表工作电源是否上电、开机后的LED是否点亮等,主程序负责协调整个流程,若发现开机异常,发出蜂鸣器报警.
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经过数天的自动测试,累积数千次的开关机测试,都未发现异常,从而排除了电路方面的因素,将故障被定位在其它方面,如结构、器件质量等.
3.4辅助工具：三次样条曲线系数计算器
开发过程中常会将一些算法的参数预先计算好,固化到项目程序中去,如FFT的旋转因子、FIR滤波的系数等,利用Scipy库可方便地计算.
这里介绍的系数计算器是一带图形界面的辅助工具,用来生成样条曲线拟合时用的中间参数,同时还能计算拟合值并绘制曲线图形.用wxPython制作窗体界面,matplotlib绘制曲线图形,核心的参数计算代码因为要求与嵌入式CPU通用,故使用了C实现并封装成DLL被调用的.
在计算锂电池电压对应电量关系时的界面如图2,数据源是电压和电量的控制点,计算出的参数在终端以文本形式输出,拟合出的曲线用matplotlib自带的绘图控件显示,可移动、缩放、保存.
3.5通讯可靠性测试
某仪表内部包含自行开发文件系统,通过串口与PC机通讯,通讯驱动接口被封装成动态库,为测试文件系统和通讯的可靠性,制定了如下方案：
编写Python脚本,动态生成指定大小的测试用二进制文件,内容随机产生,调用驱动与仪表建立连接,将测试文件下载至仪器,再回收并与源文件逐字节作对比,全部正确则测试通过,如此反复测试.
经连续数天测试,发现了仪表底层通讯程序中的一处漏洞,信号量未加锁导致数据丢失,修改程序后再测试问题不再重现,漏洞解决.图3为测试时界面.
结语
由于上述软件都遵循GPL开源协议,加上能和商业软件媲美的性能,使之有很强的生命力.每个工具都有其擅长的一面,将它们有效组合熟练运用,可以很大程度地提高开发效率和质量.愿本文的案例能抛砖引玉,给同行们的设计工作其点借鉴作用.
参考文献
[1]周伟,宗杰．Python开发技术详解[M]．北京：机械工业出版社．2009．
[2]周伟,宗杰Python开发技术详解[M]北京：机械工业出版社,2009．
[3]陈儒．Python源码剖析一一深度探索动态语言核心技术[M]．北京：电子工业出版社,2008．
总结：本文关于测试开发论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
测试开发工程师引用文献:
[1] 软件开发工程师开题报告 硕士论文开题报告范文
[2] 经典测试计量技术及仪器论文题目 测试计量技术及仪器专业论文题目如何拟
[3] 比较好写的测试论文选题 测试毕业论文题目如何定
