NI LabVIEW RIO架構(gòu)基礎(chǔ)知識簡述 - 全文

NI LabVIEW可重配置I/O (RIO)架構(gòu)是NI圖形化系統(tǒng)設(shè)計平臺的一個整體部分。圖形化系統(tǒng)設(shè)計方法作為如今設(shè)計、原型和部署測控系統(tǒng)的主流方式之一，將NI LabVIEW開放的圖形化編程環(huán)境與商業(yè)現(xiàn)成可用(COTS)硬件相結(jié)合，大大簡化開發(fā)，并提供了自定義設(shè)計的能力，幫助工程師實現(xiàn)更高質(zhì)量的設(shè)計。

1. NI LabVIEW RIO架構(gòu)

圖1. RIO System Architecture

NI LabVIEW RIO架構(gòu)基于以下四個部分：處理器、可重配置的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、模塊化I/O硬件以及圖形化設(shè)計軟件。借助這四個部分的組合，您可獲得高性能I/O和前所未有的系統(tǒng)定時控制靈活性，從而快速開發(fā)自定義硬件電路。

處理器

處理器用于部署代碼，以實現(xiàn)與FPGA等其它處理單元的通信、連接外圍設(shè)備、記錄數(shù)據(jù)以及運行應(yīng)用程序。 NI提供各種組成結(jié)構(gòu)的RIO硬件系統(tǒng)，包括基于Microsoft Windows操作系統(tǒng)且具有對稱多處理(SMP)的高性能多核系統(tǒng)以及NI Single-Board RIO和CompactRIO等緊湊型實時嵌入式系統(tǒng)。

FPGA

可重配置FPGA是RIO硬件系統(tǒng)架構(gòu)的核心。它用于幫助處理器分擔(dān)密集型任務(wù)，具有極高的吞吐量，提供了確定性執(zhí)行。 FPGA直接連接至I/ O模塊，可實現(xiàn)每個模塊I/O電路的高性能訪問、無限制定時、觸發(fā)和同步靈活性。由于每個模塊而沒有通過總線而是直接連接到FPGA，因而相比其他工業(yè)控制器，該架構(gòu)幾乎不會有任何系統(tǒng)響應(yīng)控制延遲。

由于FPGA的高速特性，RIO硬件經(jīng)常用于搭建集成了高速緩沖I / O、超快速控制循環(huán)或自定義信號濾波的控制器系統(tǒng)。例如，借助FPGA， CompactRIO機箱能夠以100 kHz的速率同時執(zhí)行超過20個模擬 PID控制循環(huán)。此外，由于FPGA在硬件上運行所有代碼，因此它提供了高可靠性和確定性，非常適合用于基于硬件的互鎖、自定義定時和觸發(fā)以及無需定制電路的傳感器自定義。

模塊化I/O

NI C系列I/ O模塊包含隔離、轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理以及可與工業(yè)傳感器/執(zhí)行器直接連接的內(nèi)置連接口。通過提供各種連線選項和將連接器接線盒集成到模塊內(nèi)，RIO系統(tǒng)顯著降低了對空間的需求和現(xiàn)場連線成本。

圖2. NI RIO系統(tǒng)可通過100多種I/O模塊連接至幾乎所有傳感器或激勵器

通過100多個NI和第三方開發(fā)的C系列I/O模塊，該架構(gòu)幾乎可連接至任何傳感器或執(zhí)行器。此外，借助NI cRIO-9951 CompactRIO模組開發(fā)工具包，您可以開發(fā)自定義模塊來滿足特定應(yīng)用需求。

LabVIEW開發(fā)平臺

NI針對嵌入式應(yīng)用的圖形化系統(tǒng)設(shè)計提供了完善的開發(fā)方案，幫助用戶借助統(tǒng)一的軟件平臺有效實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計、原型與部署。借助LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計軟件，您可以開發(fā)處理器所需的應(yīng)用程序、在FPGA上集成自定義測量電路以及通過模塊化I / O將處理器與FPGA無縫集成，從而構(gòu)建完整的RIO解決方案。

圖3. LabVIEW提供了一個完整的RIO開發(fā)平臺。

2. NI RIO硬件設(shè)備

圖4.RIO設(shè)備矩陣

CompactRIO

CompactRIO是一款堅固的緊湊型RIO系統(tǒng)，適用于嵌入式和原型應(yīng)用。 CompactRIO可通過四槽和八槽背板進行配置，具有各種FPGA選項以及各種用于控制器的處理器方案，是RIO產(chǎn)品家族中配置選項最為豐富的一員。 CompactRIO可用作低成本集成系統(tǒng)，也可結(jié)合NI 9144確定性以太網(wǎng)擴展機箱來構(gòu)建真正的分布式系統(tǒng)。

圖5. CompactRIO、集成式CompactRIO和CompactRIO確定性以太網(wǎng)擴展機箱

NI MXI-Express RIO

MXI-Express RIO機箱是NI RIO平臺的最新成員。 MXI-Express RIO具有一個用于C系列I / O模塊且支持FPGA的14槽機箱，與NI RIO平臺上其他設(shè)備不同的是，它將FPGA和I / O從處理器上分離了出來，使得多個機箱可通過x1 MXI Express連接與同一個控制器進行通信。

MXI-Express RIO提供了一個有線RIO解決方案，可實現(xiàn)
. 更高的系統(tǒng)配置靈活性
. 更高通道數(shù)
. 用于現(xiàn)有PXI系統(tǒng)的C系列擴展I/O。

圖6. MXIE-RIO將RIO平臺的優(yōu)勢以及頂尖PXI和工業(yè)控制器的高速和強大功能集為一體

NI Single-Board RIO

NI Single-Board RIO設(shè)備在單塊板卡上集成了RIO系統(tǒng)的各種組件（實時處理器、FPGA和I / O），專為需要高性能和高可靠性的大容量嵌入式控制和采集應(yīng)用而設(shè)計。

圖7. NI Single-Board RIO

NI FlexRIO

NI FlexRIO硬件為NI LabVIEW FPGA模塊提供了靈活、可定制的I/O ，幫助用戶創(chuàng)建高性能、可重新配置的儀器。開放、可定制的信號前端能夠確切地滿足測試或嵌入式系統(tǒng)的各種需求。您還可借助可使用LabVIEW進行編程的FPGA終端來設(shè)計特定的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字緩沖器、連接器甚至運行通道數(shù)。

圖8. NI FlexRIO系統(tǒng)包含一個適配器模塊和PXI FPGA模塊，使LabVIEW FPGA應(yīng)用的自定義程度提高到全新的水平

NI myRIO

NI myRIO采用NI行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的可重配置I/ O(RIO)技術(shù)，讓學(xué)生能夠輕松利用雙核ARM? Cortex?-A9的實時性能和可定制的I/O。借助這一集成的軟硬件工具，學(xué)生們可以在NI myRIO的實時處理器上利用默認(rèn)的FPGA功能快速開發(fā)應(yīng)用程序，且隨著項目的復(fù)雜度增加，學(xué)生也可對FPGA功能進行自定義。 NI myRIO配有板載設(shè)備，提供無縫的軟件體驗和豐富的課件教程庫，為教師提供了一個價格合理、只需通過一臺設(shè)備便可進行多個設(shè)計概念教學(xué)的工具，幫助學(xué)生在一個學(xué)期內(nèi)掌握技術(shù)，完成真正的設(shè)計項目。

圖9. NI myRIO這一嵌入式硬件設(shè)備經(jīng)過專門設(shè)計，旨在幫助學(xué)生比以往更快速、更實惠地構(gòu)建真正的復(fù)雜工程系統(tǒng)。