一文詳解LabVIEW RIO架構(gòu)

NI嵌入式應(yīng)用方法結(jié)合了LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件與可重配置的現(xiàn)成硬件。該架構(gòu)基于四個組件： 處理器、可重配置FPGA、測量I/O硬件和LabVIEW。 硬件和軟件集成的平臺可以幫助您簡化諸多行業(yè)和應(yīng)用的系統(tǒng)開發(fā)。 在本文檔的第5部分中，您可以找到教程和示例代碼，初步了解如何利用該架構(gòu)。

1. LabVIEW RIO架構(gòu)

LabVIEW RIO架構(gòu)無縫集成了四個組件，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了高效的開發(fā)基礎(chǔ)： 處理器、用戶可編程FPGA、模塊化I/O以及用于架構(gòu)各方面編程的完整軟件工具鏈。

圖1： LabVIEW RIO架構(gòu)將處理器、用戶可編程FPGA、模塊化I/O接口和完整的軟件工具鏈相結(jié)合，為任何控制或監(jiān)測應(yīng)用提供了終極架構(gòu)。

處理器

NI提供各種高性能嵌入式處理器，包括運(yùn)行NI Linux實(shí)時操作系統(tǒng)的667 MHz雙核ARM Cortex-A9處理器以及運(yùn)行NI Linux Real-Time或WES7 OS的1.9 GHz四核Intel Atom處理器。 您可以借助LabVIEW對Eclipse、Python或IEC 61131-3的集成支持，使用C/C ++編程這些處理器，或者使用直觀的LabVIEW圖形化數(shù)據(jù)流編程語言來完成常見任務(wù)，例如運(yùn)行應(yīng)用程序、操作數(shù)據(jù)集、處理信號、記錄數(shù)據(jù)以及與本地HMI連接。

FPGA

作為LabVIEW RIO架構(gòu)的核心，可重配置FPGA可為處理器分擔(dān)重要或計(jì)算密集型任務(wù)，以極高的吞吐量確保可靠、確定的執(zhí)行。 FPGA直接連接到I/O，可執(zhí)行高性能信號和圖像處理以及可定制的定時、觸發(fā)和同步功能。 通過將FPGA直接連接到I/O而無需通過總線，控制回路的延遲幾乎為零，從而提供了最先進(jìn)控制算法所需的性能。 例如，使用FPGA，單個CompactRIO機(jī)箱可以以100 kHz的速率同時執(zhí)行超過20個模擬比例積分微分（PID）控制回路。

基于LabVIEW RIO架構(gòu)的NI硬件利用了來自Xilinx的最新FPGA技術(shù)和芯片組，從Artix和Virtex系列涵蓋到410T，集成了406，720個邏輯單元; 1，540個DSP片和28 MB的塊RAM。

模塊化I/O

I/O模塊包含內(nèi)置隔離、轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理以及與工業(yè)傳感器、執(zhí)行器、照相機(jī)、電機(jī)、驅(qū)動器和工業(yè)通信協(xié)議（如PROFIBUS、PROFINET和EtherCAT）的直接連接。 NI提供超過100個C系列I/O模塊，通過模塊開發(fā)套件，您可以開發(fā)自定義模塊來滿足特定應(yīng)用的需求。 如需了解有關(guān)C系列I/O模塊的更多信息， 請參閱基于高性能多功能控制器CompactRIO的模擬和數(shù)字I/O：？。

圖2： 從100多個C系列I/O模塊中進(jìn)行選擇，直接與傳感器、電機(jī)、驅(qū)動器、執(zhí)行器和工業(yè)通信協(xié)議連接。

2. 使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算

您可以使用LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件對LabVIEW RIO架構(gòu)的每個元素進(jìn)行編程和自定義。 LabVIEW可支持C/C ++、Python、IEC 61131-3和G數(shù)據(jù)流等編程語言，因此您可以繼續(xù)利用現(xiàn)有的代碼和編程技能。 標(biāo)準(zhǔn)的軟件環(huán)境擁有一整套內(nèi)置的數(shù)學(xué)和分析函數(shù)、信號和圖像處理算法以及網(wǎng)絡(luò)和I/O接口API。

NI Linux OS操作系統(tǒng)是一個開源的實(shí)時操作系統(tǒng)，可在嵌入式處理器上運(yùn)行，提供可靠、確定的操作，并為數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制以及自定義處理和分析提供一套完整的API。 使用LabVIEW FPGA模塊，您可以在直觀的圖形化編程環(huán)境中對嵌入式FPGA進(jìn)行編程，而無需任何硬件描述語言（如VHDL或Verilog）知識。 通過一個由IP、附加工具、示例代碼和支持組成的社區(qū)，LabVIEW為基于LabVIEW RIO架構(gòu)的嵌入式控制和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了完整的工具鏈。

3. 為您的應(yīng)用選擇合適的硬件

NI提供了基于LabVIEW RIO架構(gòu)的各種硬件終端，包括不同的尺寸、性能和價格，可滿足您獨(dú)特的應(yīng)用需求。 您還可以利用一致的架構(gòu)，在多個硬件上重復(fù)利用代碼，并使用同一個軟件完成從仿真和原型驗(yàn)證到設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和部署等過程。

了解如何使用NI嵌入式系統(tǒng)將工作效率提高一倍。

4. 基于平臺進(jìn)行創(chuàng)新，提高生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新

NI平臺中的軟硬件集成為任何嵌入式控制或監(jiān)測應(yīng)用提供了完整的解決方案。

利用可自定義的現(xiàn)成平臺，無需從頭開始。

滿足嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中常見的計(jì)算、連接和控制需求。

通過靈活、擴(kuò)展且現(xiàn)場可編程的產(chǎn)品滿足多變的需求

各種高質(zhì)量的組成結(jié)構(gòu)、價格和性能選項(xiàng)可供選擇

利用一致的軟件環(huán)境來編程系統(tǒng)的每個元素以及完成設(shè)計(jì)的各個解決。

5. LabVIEW和NI嵌入式硬件入門

您可以使用LabVIEW為能源、工業(yè)控制、生命科學(xué)和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)開發(fā)下一代控制和監(jiān)測系統(tǒng)。 如果要開始使用LabVIEW和NI嵌入式硬件，請參考以下教程，了解應(yīng)用開發(fā)的基本步驟：

使用LabVIEW Real-Time模塊采集和分析信號

使用LabVIEW Real-Time監(jiān)測和記錄數(shù)據(jù)

使用LabVIEW FPGA進(jìn)行信號處理，減少處理器的負(fù)擔(dān)

在FPGA、實(shí)時處理器和分布式系統(tǒng)之間進(jìn)行通信