CompactRIO高性能控制器基于LabVIEW RIO架構(gòu)，采用了功能強(qiáng)大的Intel Atom片上系統(tǒng)(SoC)和Xilinx Kintex7 FPGA等最新技術(shù)。 Intel Atom SoC提供了極高的性能和豐富的功能，包括集成式GPU和雙核1.33 GHz處理器。 比起其他CompactRIO控制器的FPGA，Kintex-7 325T FPGA包含大約3倍的復(fù)雜邏輯塊和超過(guò)13倍的DSP片。 FPGA與處理器使用PCI Express總線進(jìn)行通信，大大提高了吞吐量，并可訪問(wèn)16個(gè)DMA通道。

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全新CompactRIO高性能控制器采用的LabVIEW RIO架構(gòu)提供了軟件靈活性，可將HMI和控制任務(wù)集成到同一個(gè)硬件和同一個(gè)操作系統(tǒng)中。 這主要?dú)w功于Intel Atom SoC和NI Linux Real-Time操作系統(tǒng)提供的特性。 NI Linux Real-Time操作系統(tǒng)可將任務(wù)優(yōu)先級(jí)顯示給開(kāi)發(fā)人員，為控制任務(wù)分配比在同一個(gè)應(yīng)用程序中運(yùn)行的HMI軟件任務(wù)更高的優(yōu)先級(jí)。

這些技術(shù)的結(jié)合大大提高了閉環(huán)控制應(yīng)用的系統(tǒng)吞吐量并降低了延遲。 CompactRIO高性能控制器為嵌入式設(shè)計(jì)人員提供了靈活強(qiáng)大的硬件，同時(shí)還可幫助他們降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

為了證明CompactRIO高性能控制器的性能，NI研發(fā)部設(shè)計(jì)了一系列基于cRIO-9031高性能控制器的控制和監(jiān)測(cè)應(yīng)用基準(zhǔn)測(cè)試。 這些測(cè)試同樣適用于其他使用相同CPU的CompactRIO高性能控制器產(chǎn)品。

1. 基準(zhǔn)測(cè)試設(shè)置和測(cè)量

我們選擇了具有代表性的常見(jiàn)控制和監(jiān)測(cè)應(yīng)用以及這些應(yīng)用中常見(jiàn)的主要任務(wù)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試。 下表列出了本次研究要進(jìn)行的測(cè)試。

表1 - 在CompactRIO控制器上進(jìn)行測(cè)試，以測(cè)量應(yīng)用的性能和吞吐量

本研究的測(cè)試對(duì)象是以下硬件終端：

NI cRIO-9025?| 800 MHz， PowerPC

NI cRIO-9068?| 667 MHz，ARM Cortex-A9 雙核

NI cRIO-9031?| 1.33 GHz，Intel Atom雙核

NI cRIO-9082?| 1.33 GHz，Intel Core i7 雙核

雖然本研究重點(diǎn)關(guān)注的是CompactRIO高性能控制器及其與同一產(chǎn)品家族其他控制器（如cRIO-9025）的性能對(duì)比，但是其他CompactRIO產(chǎn)品系列的代表性硬件終端，如cRIO-9068和cRIO-9082也包含在測(cè)試中，以便讀者更完整地了解CompactRIO系統(tǒng)所提供的各種可能性。

CPU使用率作為通用指標(biāo)來(lái)比較這些CompactRIO控制器的相對(duì)性能。 對(duì)于每個(gè)測(cè)試，我們通過(guò)在穩(wěn)定的狀態(tài)下改變數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ罃?shù)或控制循環(huán)速率來(lái)測(cè)量CPU使用率。 這些指標(biāo)可以幫助我們了解可用于添加代碼、提高循環(huán)速率或增加數(shù)據(jù)傳輸通道的資源。

其他考量因素：
. 對(duì)于搭載多核處理器的CompactRIO系統(tǒng)，取每個(gè)內(nèi)核測(cè)試結(jié)果的平均值。
. 對(duì)于NI cRIO-9031控制器，分別在啟用和禁用嵌入式用戶界面的條件下進(jìn)行測(cè)試，以測(cè)量該功能對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響。

2. 測(cè)試1——LabVIEW FPGA控制項(xiàng)目范例的性能基準(zhǔn)測(cè)試

全新高性能CompactRIO系統(tǒng)采用的技術(shù)組合為復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了無(wú)可比擬的性能提升。 針對(duì)控制應(yīng)用測(cè)試時(shí)，我們選擇基于CompactRIO的LabVIEW FPGA控制項(xiàng)目范例。 我們?cè)谠擁?xiàng)目范例的基礎(chǔ)上增加了在Real-Time控制器上執(zhí)行八通道三次樣條軌跡生成算法，進(jìn)一步增大CPU的負(fù)荷。

圖1 -基于CompactRIO的LabVIEW FPGA控制項(xiàng)目范例的架構(gòu)框圖包含了一個(gè)八通道三次樣條軌跡生成算法

下圖顯示的數(shù)字表示控制循環(huán)速率為1.5 kHz時(shí)的CPU使用率。 在該速率下，cRIO-9031高性能控制器使用約11％的處理器資源， 而cRIO-9068和cRIO-9025控制器分別需要21％和64％的處理器資源，相比之下，cRIO-9031高性能控制器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖2 - 當(dāng)控制循環(huán)速率為1.5 kHz時(shí)，運(yùn)行包含八通道三次樣條軌跡生成算法的控制應(yīng)用程序所需的處理器資源比較