单板嵌入式硬件平台SingleBoard RIO - 系统设计 - 电子工程师俱

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<strong>概览</strong>

NI Single-Board RIO产品是为高容量的嵌入式控制与数据采集应用而设计的，可以满足高性能和高可靠性的要求。通过使用这些实时的单板计算机，工程师和嵌入式开发员可以将包含I/O的嵌入式系统更快地投入市场。由于NI Single-Board RIO使用了NI LabVIEW FPGA和LabVIEW实时技术，工程师们能够使用简单易用的图形化编程工具对NI Single-Board RIO嵌入式系统进行设计、编程以及定制。


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2010-3-19 12:02:25 上传
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图1：NI Single-Board RIO产品是实时的单板计算机，包括实时处理器、FPGA以及模拟与数字I/O，可以使用LabVIEW进行编程。

  * 单板嵌入式控制与数据采集
  * 用于快速开发的NI LabVIEW图形化编程工具
  * 用于可靠独立操作与信号处理的板载实时处理器
  * 用于定制I/O定时与处理的板载FPGA芯片
  * 板载模拟I/O与数字I/O
  * 用于板卡级嵌入式设计的低成本系统

NI的Single-Board RIO都在一块板卡上集成了一个嵌入式实时处理器、一块高性能FPGA芯片以及板载模拟与数字I/O接口。所有I/O都直接连接到FPGA，提供了定时与 I/O信号处理的底层定制。FPGA通过高速PCI总线连接到嵌入式实时处理器。LabVIEW包含了内置的数据传输方式，用于将数据从I/O传送到 FPGA，或是从FPGA传送到嵌入式处理器上，用于实时分析、后处理、数据记录或是与联网的主机进行通信。


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2010-3-19 12:02:24 上传
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图2：NI Single-Board RIO体系结构

说明：CompactRIO还可以作为一个包装完好的嵌入式系统来购买，其中包含了一个坚固的机械外壳，用来承受苛刻的工作环境。

<strong>NI Single-Board RIO产品</strong>

总共有八种NISingle-Board RIO产品。这些产品在处理器速度、可编程门阵列(FPGA)门数量、内存容量以及I/O组合方面有所不同。要了解更多关于某个型号具体包含何种特性，请参考下表。

表1：实时单板计算机的NISingle-Board RIO平台
<strong>型号</strong><strong>处理器速度(MHz)</strong><strong>内存(DRAM)</strong><strong>FGPA大小(门)</strong>
<strong>3.3 V DIO</strong><strong>AI</strong><strong>AO</strong><strong>24 V DI/DO线路</strong>sbRIO-960126664 MB1M110000sbRIO-9602400128 MB2M110000sbRIO-961126664 MB1M1103200sbRIO-9612400128 MB2M1103200sbRIO-963126664 MB1M1103240sbRIO-9632400128 MB2M1103240sbRIO-964126664 MB1M11032432/32sbRIO-9642400128 MB2M11032432/32
NI Single-Board RIO产品包括以下规范和外围设备：

  * -20至70 °C存储器工作温度
  * -20至55 °C工作温度
  * 19 V至30 VDC电源输入
  * 用于连接外围接口和设备的RS-232串行端口
  * 用于联网的10/100以太网端口
  * 高达256 MB非易失存储器
  * 高达128 MB RAM
  * 带有备用电池的实时时钟

<strong>模拟与数字I/O以及扩展I/O</strong>

NI Single-Board RIO包含以下板载I/O：

  * 110 路3.3 V/TTL数字I/O线路
  * 多达32路±10 V、16位、250 kS/s模拟输入
  * 多达4路±10 V、16位、100 kS/s模拟输出
  * 多达32路24 V工业数字输入线路
  * 多达32路24 V工业数字输出线路

对于扩展I/O，最多可以将三块C系列I/O模块插入到每个Single-Board RIO系统中。C系列I/O具有多种类型，其中包括电压、电流、热电偶、RTD、加速度计以及张力计输入；高达±60 V同步采样的模拟I/O；12、24以及48 V工业数字I/O；5 V/TTL数字I/O；计数器/定时器；脉冲发生；高电压/电流继电器。由于这些模块包含用于较宽电压范围或工业信号类型的内置信号调理，通常可以直接将 C系列模块连接到传感器和执行器上。由于这些平台是开放的，您还可以建立自己定制的I/O模块，以便满足的特殊I/O应用或通信需求。


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2010-3-19 12:03:53 上传
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图4：对于60多种C系列I/O与通信模块，工程师最多可以将三个模块连接到任何NI Single-Board RIO产品中以提高其I/O功能，或是构建自定制的I/O模块。

<strong>可重复配置FPGA</strong>

嵌入式FPGA是工程师可以使用LabVIEW FPGA工具进行编程的高性能、可重复配置的芯片。过去，FPGA设计者需要学习使用例如VHDL等复杂的设计语言，才能对FPGA进行编程。现在，任何工程师或是科学家都可以使用图形化的LabVIEW工具对FPGA进行编程和定制。使用嵌入在CompactRIO中的FPGA硬件，您可以为模拟和数字 I/O，实现自定义定时、触发、同步、控制以及信号处理。LabVIEW FPGA作为一个开放的环境，使您可以集成VHDL代码或是IP核心。

<strong>板载实时处理器</strong>

NI Single-Board RIO产品含有工业级266 MHz或400 MHz的Freescale MPC5200处理器，能够在高可靠性的Wind River VxWorks实时操作系统上，确定性地执行LabVIEW实时应用程序。LabVIEW包含内建函数，用于在FPGA以及CompactRIO嵌入式系统中的实时处理器之间传送数据。您可以从600多个LabVIEW内建函数中进行选择，建立用于实时控制、分析、数据记录与通信的多线程嵌入式系统，并且，您还可以将现有的C/C++代码与LabVIEW实时代码整合在一起，以便节省开发时间。

<strong>应用实例</strong>

由于NI Single-Board RIO成本低，可靠性高，并且适合于高容量的嵌入式测量和控制应用，您可以用它来解决众多工业、应用挑战。具体实例包括：

  * 医用设备监视与控制
  * 机器人与无人车辆控制
  * 机器状态监视与保护
  * 嵌入式数据记录
  * 电气功率监视与功率电子控制
  * 手机/便携式设备噪声、振动、声振粗糙度(NVH)分析

NI公司供稿