利用NI CompactRIO与NI Single-Board RIO实现从快速构造原型到低成

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<strong>概览</strong>

在设计过程的早期考虑您的发布硬件的设计目标，可以帮助您缩短产品上市时间。您无需重复劳动，可以通过使用您所发布的产品的原型系统中的相当一部分软硬件，更快速地发布一个更可靠的嵌入式系统或机器。

<strong>NI可重新配置的I/O(RIO)发布曲线</strong>



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2010-3-19 11:50:29 上传
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图1.NI RIO 发布曲线：从快速构造原型到低成本配置

NI提供了多种商业上现成可用的(COTS)、具有共同的可重新配置的I/O(RIO)架构的硬件。该架构组合了一个实时处理器、一个现场可编程门阵列(FPGA)和多种I/O，其中包括模拟I/O、数字I/O、运动I/O和通信I/O等。利用这一标准架构和NI LabVIEW图形化开发工具，您可以利用灵活的高性能硬件，快速地设计嵌入式系统和工业监控机器并构造其原型。利用完全的代码复用，您可以将您的原型系统快速转换为一个成本优化的发布系统，该系统采用了相同的硬件架构从而降低了成本并缩短了产品上市时间。

<strong>NISingle-BoardRIO嵌入式控制与采集硬件</strong>

新推出的NISingle-BoardRIO嵌入式产品拓展了NI RIO开发低成本、板卡层次的嵌入式硬件的可用选择。再次强调，通过标准的NI RIO架构和LabVIEW，您可以利用模块化的、灵活的CompactRIO快速地开发嵌入式系统，并快速发布到新的、成本更低的、板卡层次的 NISingle-BoardRIO嵌入式硬件。由于您可以从原型构造到开发复用相同的LabVIEW代码，您可以缩短产品上市时间并提升嵌入式设备与机器的可靠性。

新推出的NISingle-BoardRIO产品提供了如下特性：

  * Single-Board嵌入式控制与采集
  * LabVIEW图形化编程与面向快速开发的中间件驱动程序工具
  * 面向可靠、独立操作与信号处理的板上实时处理器
  * 面向定制I/O定时与处理的板上FPGA芯片
  * 板上模拟I/O与数字I/O
  * 面向板卡层次嵌入式设计的低成本系统


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图2. NISingle-BoardRIO在单个板卡上集成了一个处理器、FPGA和模拟I/O与数字I/O，您可以利用LabVIEW图形化工具对其进行编程。

每个NISingle-BoardRIO设备在单个板卡上集成了一个嵌入式实时处理器、一个高性能FPGA和板上模拟I/O与数字I/O。与NI推出的所有其他RIO硬件相似，该I/O直接与FPGA相连，提供了定时与I/O信号处理的低层次的定制实现。该FPGA通过一个高速PCI总线与嵌入式实时处理器相连。LabVIEW包含内置的数据传输机制，将数据从该I/O传输至FPGA并从该FPGA传输至嵌入式处理器，以实现实时分析、进一步处理、数据录入或者与联网主机的通信。

<strong>利用LabVIEW更快速地发布嵌入式系统</strong>

利用LabVIEW图形化开发环境，您可以使用相同的LabVIEW项目，对您的RIO嵌入式系统的实时处理器、可重新配置FPGA和I/O进行编程，以实现嵌入式控制、监测、处理和数据录入应用。利用专业的LabVIEW模块，您可以对实时处理器(LabVIEW实时模块)和 FPGA(LabVIEW FPGA模块)进行编程。LabVIEW也还拥有一组广泛的中间件驱动程序，这些驱动程序实现了您的RIO嵌入式系统的所有硬件组件(模拟I/O与数字I /O、FPGA、处理器、外设和存储器等)的无缝集成。


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图3.利用LabVIEW项目管理和编写处理、FPGA和I/O的所有代码。

<strong>LabVIEW实时模块</strong>

系统内的嵌入式实时处理器通过LabVIEW实时模块进行编程，该模块包含面向浮点控制、处理、分析、数据录入和通信的内置函数组块。 LabVIEW实时模块包含多个特性，例如：

  * 面向分布式嵌入式实时系统方便联网的LabVIEW共享变量技术
  * 达到微妙精度的确定性软件定时
  * 超过600个浮点高级控制与信号处理函数
  * 现有C/C++代码的集成
  * 快速发布和复制现有系统的系统复制工具

<strong>LabVIEW FPGA模块</strong>

您可以利用LabVIEW FPGA模块对RIO硬件系统中的可重新配置的FPGA进行快速编程，以实现定制控制与高速控制、I/O定时和信号处理。LabVIEW FPGA模块具有下列特性：

  * 面向现有HDL代码的方便集成的组件层IP(CLIP)节点
  * 快速架构实时代码和FPGA代码的FPGA向导
  * 使启动更为方便的FPGA项目向导
  * 面向基于FPGA的控制、状态机以及其他的实现的LabVIEW状态图模块
  * 方便开发与调试的FPGA仿真特性
  * 定点FPGA IP函数组块：
   1. 快速付立叶变换(FFT)
   2. 多通道PID
   3. 信号发生器
   4. 陷波滤波器
   5. 察看所有的预置的LabVIEW FPGA函数和IPNet中的IP

<strong>中间件驱动程序工具</strong>

嵌入式设计的最大挑战之一便是创建、调试和验证用于集成嵌入式系统的所有硬件组件的、驱动程序层次的软件栈所需的巨大工作量。在传统情况下，这一集成过程是留给用户来完成的，这使得嵌入式系统的设计过程变得更为复杂和冗长。

由传统的Single-Board计算机与其他嵌入式系统供应商提供的基本驱动程序提高了生产率与性能并缩短了产品上市时间，而NI中间件驱动程序则超越了这一基本驱动程序。每台支持RIO的设备均包含有驱动程序软件和其他的配置服务软件。内置的中间件驱动程序工具包含如下功能特性：

  * 面向模拟、数字、运动和通信I/O与FPGA间接口的内置函数
  * 面向FPGA与处理器间数据通信的传输函数
  * 面向FPGA/处理器至存储器间接口的方法
  * 面向处理器至外设(RS232串口和以太网)间的接口的函数
  * 面向高性能的多线程驱动程序

<strong>从原型到发布的转换</strong>

具有多个外形尺寸的RIO平台提供了多种原型构造与开发选项。CompactRIO集成系统与NISingle-BoardRIO为高容量嵌入式系统提供了最佳特性。与其他板卡层次产品相似，NI Single-BoardRIO嵌入式硬件要求您确保您的设计与标准兼容需求(如电磁兼容性(EMC))一致，并支持足够的散热。封装的、现成可用的 CompactRIO系统提供了这些认证。考虑表1中的规范以确定哪一种RIO硬件最符合您的应用需求。

<i>表1.NI RIO硬件比较</i>

<strong>CompactRIO模块化系统</strong><strong>CompactRIO集成系统</strong><strong>NI Single-BoardRIO</strong>温度范围-40~70 ºC-20~55 ºC-20~55 ºCEMC认证√√−提供机械封装√√−混合搭配控制器与底板的能力√−−C系列插槽或拓展4插槽或8插槽8插槽面向I/O拓展的3个连接端子面向基于USB的存储的全速USB主机端口√−−内部非易逝性存储高达2 GB高达256 MB高达256 MB电源供应输入范围ieDual 9 to 35 VDC9~35 VDC双电源Single 19 to 30 VDC19~30 VDC单电源Single 19 to 30 VDC19~30 VDC单电源FPGAXilinx Virtex FPGAXilinx Spartan-3 FPGAXilinx Spartan-3 FPGA

NI公司供稿