树莓派下的 LabVIEW Linux RT 应用程序开发流程

正常情况下，如果我们要使用LabVIEW开发NI的cRIO等RT控制器程序，除了LabVIEW外，还需要安装NI的Real-time软件工具包，也就是NI的实时系统工具包。为了方便广大爱好者和初学者，为了减少软件安装的繁琐，NI在去年发布了一款名为社区版的LabVIEW 2020，内置了支持树莓派和BBB这类含有Linux内核的设备，让所有的玩家可以轻轻松松搞定树莓派和BBB的图形化开发，并且社区版的LabVIEW是免费的，也就是说，所有的用户都可以免费使用这个LabVIEW 2020社区版。

目前这个社区版是32位的英文版，估计也是为了更好支持树莓派里面的Linux系统，后续我们会给大家讲解如何将NI更为强大的Real-time软件工具包和其他特定行业里面的工具包（比如NI Vision机器视觉工具包、声音振动分析工具包、高级信号处理工具包等），安装到树莓派和BBB等Linux RT设备里面直接使用。

本节通过在树莓派里面利用LabVIEW编写一个简单的波形生成程序，编译、下载、部署到树莓派的Linux RT里面运行，并且生成开机自启动的exe程序，以此向用户展示一个基本的Linux RT实时应用程序开发过程。

1、在树莓派上安装Digilent公司开发的最新版LINX软件工具包（前提）

由于树莓派并非NI官方推出的硬件，如果用户希望利用LabVIEW来开发树莓派里面的Linux RT应用程序，那么需要先安装一下Digilent公司（已经被NI收购）开发的LINX工具包，如果用户更习惯或者更擅长于C\C++\Python\QT来开发树莓派Linux程序的话，可以跳过这一步，不需要安装LINX工具包。

Linux系统下的LINX工具包具体安装步骤如下：
1）通过VNC或者通过PuTTY连接到树莓派开发板，使用以下命令在工作目录下创建一个临时文件夹：mkdir lvrt20-schroot
2）进入刚刚创建好的目录：cd lvrt20-schroot
3）添加labviewmakerhub软件源（注意，树莓派需要联网才能获取和更新）

echo "deb [trusted=yes] http://feeds.labviewmakerhub.com/debian/ binary/"| sudo tee -a /etc/apt/sources.list

4）更新软件源：sudo apt-get update
5）下载LINX包：apt-get download lvrt20-schroot:armhf
6）安装修改后的软件包：sudo dpkg -i lvrt20-schroot.deb

注意：如果用户的树莓派不方便联网的话，前5步也可以换一种方式获得LINX安装包，那就是用户自己找个能上网的电脑，然后把第3）步链接里面的LINX deb安装包先下载到本地电脑上，然后再利用U盘或者VNC将其拷贝或者传输到树莓派里面，最后再利用第6）步的命令安装一下这个LINX deb工具包就可以了。

2、安装32位的LabVIEW 2020社区英文版（建议下载离线文件进行安装）

首先，我们需要安装一下NI最新发布的LabVIEW 2020社区版软件，大家可以直接登录NI官方网站：ni.com，然后搜索LabVIEW 2020，找到下载页面。需要注意的是，目前高版本的LabVIEW及其工具包，默认情况下，NI推荐采用网络在线安装，也就是通过NI Package Manager来安装，好处是用户再也不用东找西找，直接在NI Package Manager里面搜索需要的软件关键字，然后自动在线下载和安装，在一些网络比较发达的国家，这种方式非常好，但是在中国，访问美国服务器，速度非常慢，经常安装到一半就断线，然后又提示用户重新下载安装，非常麻烦，除非翻墙。所以我们推荐用户在NI的官网上将所需要的LabVIEW和软件工具包先离线下载到本地电脑上再安装，这样可以确保万无一失。

打开浏览器，输入下面的链接：
https://www.ni.com/zh-cn/support/downloads/software-products/download.labview.html#370001

选择最新的版本：LabVIEW 2020 SP1社区版，然后，点击右下角的“下载”按钮，大小1.91G，如图9-149所示。

图9-149：从NI官网上可以下载免费的LabVIEW 2020社区版（支持树莓派和BBB编程）
下载完成后，直接双击安装，安装结束后，重启电脑就可以了，安装过程这里就不再赘述了！

3、新建树莓派Linux RT终端项目（LabVIEW 2020）

要想使用LabVIEW开发带Linux RT系统的树莓派或者BBB或者RK3399里面的应用程序，必须先创建一个Real-time实时终端，后续的操作过程跟NI的cRIO完全一样。

首先，启动LabVIEW 2020之后，点击左上角的“File”选择“New…”，如图9-150所示；在弹出来的页面中，选择“Empty Project”，新建一个空白的项目，如图9-151所示。

图9-150：启动LabVIEW选择New新建

图9-151：新建一个空白的项目
点击“OK”按钮即可创建出一个空白的LabVIEW项目，保存一下，取名为“LabVIEW_Raspi_CM4+Linux_RT+PCIe+FPGA.lvproj”，如图9-152所示。这个项目名称的含义是，我们采用LabVIEW直接开发工业级树莓派CM4，通过PCIe总线跟FPGA板子进行通信，无论是树莓派里面的Linux RT程序还是FPGA里面的程序都采用LabVIEW直接开发。

图9-152：将空白项目保存一下，重名为“LabVIEW_Raspi_CM4+Linux_RT+PCIe+FPGA.lvproj”
右击“LabVIEW_Raspi_CM4+Linux_RT+PCIe+FPGA.lvproj”项目名称，在下拉菜单里面选择“New>>Targets and Devices…”，如图9-153所示。在弹出来的终端选择对话框里面，先切换到“New target or device”，再展开下面的LINX文件夹，找到树莓派“Raspberry Pi”，如图9-154所示，虽然名称不是最新的4代树莓派CM4，但是并不影响我们的使用；当然用户如果有BBB这个板子，也可以选择，反正跑的都是NI的Linux RT系统。

图9-153：右击项目名称选择新建一个终端和设备

图9-154：在弹出来的选择页面里面找到离线模式下的Raspberry Pi树莓派终端
点击“OK”按钮，即可在空白的项目里面新建出来一个树莓派RT设备，如图9-155所示，这个默认的名称是早期的2代树莓派，这里，我们直接将其重命名为Raspberry Pi CM4，也就是我们买的最新款的工业级树莓派CM4，如图9-156所示。

图9-155：默认新建出来的是2代树莓派RT终端设备

图9-156：将树莓派名称重命名为最新款的工业级CM4（4代树莓派）
细心的用户发现了，默认创建的树莓派RT终端设备的IP地址全是0，所以无法跟实际的树莓派硬件互联，因此，这里我们需要先把树莓派项目里面的IP地址改成我们之前配置的树莓派有线或者无线IP地址。具体操作过程如下：

右击树莓派RT终端设备名称，在下拉菜单里面“Properties”属性，如图9-157所示；然后在弹出来的属性配置页面里面找到IP地址一栏，输入树莓派的有线或者无线IP地址，考虑到有线传输更稳定，所以这里，我们将IP地址设置成：169.254.105.254，如图9-158所示。

图9-157：右击树莓派设备终端名称选择属性

图9-158：将IP地址改成实际的树莓派硬件IP地址
另外，有些用户会问，我们这里面编写的LabVIEW RT VI编译下载到树莓派里面，具体的路径是多少呢？能不能人为修改默认的路径呢？答案是可以的，就在刚刚打开的属性页面里面，选中左侧最下面的“Miscellaneous”其他选项，可以看到，默认下载到树莓派里面的路径是：/home/lvuser/natinst/bin，如图9-159所示；如果用户想自定义一个路径，可以在这个地方进行修改。

图9-159：VI编译下载到树莓派里面的默认路径（支持用户修改）
最后，将树莓派通过网线接到Windows开发电脑上，给树莓派上电，然后右击树莓派项目终端名称，在下拉菜单里面选择“Connect”，如图9-160；此时，上位机LabVIEW会尝试去链接下位机树莓派设备，如果一切正常的话，在弹出来的“部署过程”里面可以看到初始化、计算依赖关系、下载以及部署成功的提示，如图9-161所示；点击“Close”按钮关闭对话框，重新回到树莓派终端项目里面，此时，树莓派小图标右下角的LED灯亮起了，如图9-162所示，说明上位机开发电脑上的LabVIEW Linux RT已经成功连接上了树莓派终端设备。

图9-160：右击树莓派项目终端选择Connect连接

图9-161：弹出部署过程对话框（跟NI的LabVIEW RT完全一样）

图9-162：连接成功后的树莓派Linux RT设备指示灯亮起了
至此，关于上位机LabVIEW跟树莓派之间的Linux RT项目准备工作就完成了！

4、新建树莓派Linux RT应用程序（VI）

为了测试树莓派里面的Linux RT能不能正常运行LabVIEW编写的VI程序，我们需要在这个终端下面新建一个VI，注意，这个VI隶属于树莓派，一般也称之为RT系统下的实时应用程序VI。

这个实验例程是本书关于树莓派的第一个测试程序，为了结构和层次分明，我们先右击“Raspberry Pi CM4”终端，在下拉菜单里面选择“New>>Virtual Folder”新建一个虚拟文件夹，如图9-163所示；将这个虚拟文件夹重命名为“实验1-树莓派波形仿真显示”，如图9-164所示；然后在这个虚拟文件夹上右击，选择“New>>VI”，新建一个Linux RT下的VI应用程序，如图9-165所示；最后将这个VI保存一下，命名为“实验1-树莓派波形仿真显示.vi”，如图9-166所示。

图9-163：右击树莓派终端新建一个虚拟文件夹

图9-164：将新建出来的虚拟文件夹重命名为“实验1-树莓派波形仿真显示”

图9-165：右击虚拟文件夹新建一个RT下的应用程序VI

图9-166：将新建出来的VI保存命名为“实验1-树莓派波形仿真显示.vi”
双击打开这个新建的VI，切换到程序框图里面，添加一个while循环和一个波形仿真快速VI，然后在前面板上放置一个波形图显示控件和一个反应while循环运行的数值显示控件，因为这个程序很简单，具体的编写过程这里就不再赘述了，直接给出VI程序框图和前面板界面，分别如图9-167和9-168所示。

图9-167：LabVIEW Linux RT下波形仿真生成和显示程序框图

图9-168：LabVIEW Linux RT下波形仿真生成和显示前面板

5、编译、下载、运行树莓派Linux RT应用程序（VI）

当RT下的VI编写完成后，就可以编译下载到树莓派里面运行测试了。对于一般的Linux嵌入式设备来说，程序编译、下载和调试非常的麻烦，但是对于LabVIEW来说，非常简单，就跟开发上位机VI一样，直接点击运行箭头即可自动完成编译、下载和部署，并且也支持在线前面板和程序框图里面的探针和断点运行，可以说，完全继承了NI Linux RT下的所有优点。

我们直接点击“实验1-树莓派波形仿真显示.vi”程序前面板上的运行箭头，然后会弹出一个部署进度对话框，可以看到上位机会把这个程序框图里面用到的NI Linux RT环境下的各种VI库部署到树莓派里面，部署完成后会提示成功，如图9-169所示；细心的用户可以观察到，树莓派当前的Memory内存空间还剩下91%，非常多，说明我们用LabVIEW开发的Linux RT程序实际上不会占用太多资源，程序虽然部署下去了，但是并没有运行，我们需要点击“Close”关闭这个对话框或者勾选下面的“Close on successful compilation”，这样以后每次程序下载部署完成后都会自动关闭这个窗口，如图9-170所示。

图9-169：点击VI运行箭头后弹出来的部署进度信息提示框

图9-170：点击Close按钮关闭部署窗口
部署窗口关闭之后，VI立刻运行起来了，前面板的波形图显示控件里面，出现一条向左慢慢移动的正弦曲线，如图9-171所示，这是因为我们在波形仿真Express VI里面设置的正弦信号频率跟采样率之间不能整除导致的，就像示波器一样，这样可以动态的观察实验现象；同时代表while循环的“Running”显示控件里面的数值也按照1ms的速度递增起来，因为程序框图里面的while循环周期设置的是1ms。感兴趣的用户还可以测试一下探针和断点功能，要想把VI停下来，可以点击前面板上的“Stop”停止按钮，退出while循环。

图9-171：LabVIEW Linux RT下的VI运行起来了

6、生成开机启动项下载到树莓派Linux RT里面（startup.rtexe）
上面的VI虽然已经编译下载部署到树莓派里面运行了，一旦树莓派重启，这个VI程序就没有了，这是因为先前部署到树莓派里面的VI，实际是在Linux RT内存里面运行的，并没有下载或者说固化到树莓派的硬盘上，因此，掉电就没有了。

本节教会大家如何将我们编写好的Linux RT VI程序固化到树莓派的硬盘里面，并且可以开机自启动运行起来。

首先，右击“Build Specifications”编译生成规范，在下拉菜单里面选择“Real-Time Application”创建一个应用程序编译生成规范，如图9-172所示；然后在弹出来的生成规范属性配置页面里面进行参数设置，考虑到后续还有很多其他实验要编译下载，建议大家给每个VI的编译生成规范取个名称，比如第一个实验，我们将名称改成“实验1-树莓派波形仿真生成显示”，以示区分，下面的“Target filename”名称建议不要改，就用默认的“startup.rtexe”，如图9-173所示，因为同一个时刻我们能在树莓派跑的开机自启动VI就一个；接着，在左侧的目录里面切换到“Source Files”，将实验1 对应的主VI添加到右侧的“Startup VIs”一栏中，如图9-174所示；如果用户想修改一下编译生成的rtexe启动程序所在的树莓派路径，可以在左侧目录里面选中“Destinations”，然后就能修改树莓派上的目标路径了，如图9-175所示，一般情况下，不建议改动，默认路径就行；最后点击属性页面下方的“OK”按钮关闭这个窗口返回到LabVIEW树莓派终端项目下，此时，程序生成规范下面多出来一个名为“实验1-树莓派波形仿真生成显示”的编译选项，如图9-176所示。

图9-172：右击程序生成规范新建一个RT exe应用程序

图9-173：将程序生成规范名称修改为与实验内容对的上的名字，以示区分

图9-174：将前面编写好的Linux RT VI添加到启动项里面

图9-175：用户可以自己修改下载到树莓派上的startup.rtexe文件路径（一般不建议改动）

图9-176：创建了一个Linux RT下的实时exe应用程序生成规范
接下来，我们可以右击这个RT exe程序生成规范，在弹出来的下拉菜单里面选择“Set as startup”设置为启动项，如图9-177所示；然后再右击选择“Run as startup”将rtexe程序设置为开机启动项并且下载到树莓派里面运行，如图9-178所示。

图9-177：右击程序生成规范将rtexe设置为启动项

图9-178：将rtexe作为启动项部署下载到树莓派里面运行
在作为启动项编译下载之前，还需要右击程序生成规范名称Build一下，生成rtexe程序，如图9-179所示，选择Explorer可以浏览找到编译出来的rtexe程序所在的本地电脑路径；然后再点击这个“Run as startup”，LabVIEW会立刻将选中的VI进行下载部署到树莓派里面，同时会控制树莓派进行重启，并提醒用户，如图9-180所示；重启过程中，上位机LabVIEW树莓派终端会自动断开，重启完成后，右击树莓派终端选择“Connect”连接时，会弹出一个提示框，如图9-181所示，大致的意思就是：上位机发现树莓派里面已经有一个rtexe程序在运行了，如果你想继续连接这个树莓派进行开发的话，可以单击“OK”按钮，终止树莓派里面部署的startup.rtexe程序，因为LabVIEW认为，只要选择连接，就会进去开发者模式，所以终止树莓派里面的rtexe程序运行也是合情合理的。

图9-179：部署rtexe作为开机运行之前，先将VI编译生成rtexe程序

图9-180：rtexe程序部署完成后，提醒用户即将重启树莓派

图9-181：重启成功后，再次连接树莓派时会提醒用户里面已经有一个Startup.rtexe实时程序在运行了。

作者：神电测控  出处：bilibili