使用NI FlexRIO時(shí)我們應(yīng)當(dāng)了解和注意的十大點(diǎn) - 全文

1. 1.什么是NI FlexRIO？

NI FlexRIO是NI公司的應(yīng)用FPGA技術(shù)的最新產(chǎn)品族。它為LabVIEW FPGA提供了靈活的、可定制的I/O，以創(chuàng)建高性能、可重新配置的儀器。通過一個(gè)開放的、可定制的信號(hào)前端，可以滿足一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)或嵌入式系統(tǒng)的嚴(yán)格需求。可設(shè)計(jì)的特定模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)字緩存裝置、連接裝置、甚至特定的通道數(shù)，以實(shí)現(xiàn)與LabVIEW可編程FPGA目標(biāo)平臺(tái)協(xié)同工作。

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圖1. NI FlexRIO系統(tǒng)由一個(gè)適配器模塊和一個(gè)PXI FPGA模塊構(gòu)成，使工程師們能夠在新的層次上定制LabVIEW FPGA應(yīng)用。

2. 2. 一個(gè)NI FlexRIO系統(tǒng)含有哪些組件？

一個(gè)NI FlexRIO系統(tǒng)由兩部分組成：一個(gè)NI FlexRIO FPGA模塊和一個(gè)NI FlexRIO適配器模塊。

NI FlexRIO FPGA模塊基于PXI平臺(tái)，其特性在于它具有一個(gè)高達(dá)128 MB板上DRAM的Xilinx Virtex-5 FPGA。該FPGA應(yīng)用通過LabVIEW FPGA的圖形化編程實(shí)現(xiàn)，用于執(zhí)行帶有定制定時(shí)與觸發(fā)功能的板上處理。該P(yáng)XI平臺(tái)還提供了高速數(shù)據(jù)流處理和同步功能。表1展示了當(dāng)前可用的NI FlexRIO FPGA模塊。

NI FlexRIO適配器模塊定義了一個(gè)NI FlexRIO系統(tǒng)的物理輸入和輸出，并且是可互換和可定制的。不同的適配器模塊由NI公司或者第三方制造商提供，也可以利用適配器模塊開發(fā)工具和您自己的PCB設(shè)計(jì)工具定制實(shí)現(xiàn)。

表1.NI FlexRIO FPGA模塊提供Virtex-5 FPGA和高達(dá)128 MB的板上存儲(chǔ)以滿足苛刻的應(yīng)用需求

3. 3.如果沒有NI FlexRIO適配器模塊，我可以使用NI FlexRIO FPGA模塊么？

如果您計(jì)劃將NI FlexRIO系統(tǒng)用于信號(hào)輸入/輸出，那么您必須配備一塊與NI FlexRIO FPGA模塊的前端相連接的NI FlexRIO適配器模塊。PXI FPGA模塊的設(shè)計(jì)目的在于支持用戶通過卡邊沿連接器直接訪問FPGA的針腳，以最大程度地保持高性能應(yīng)用的信號(hào)完整性。由于FPGA針腳的前面沒有附加的信號(hào)調(diào)理功能，這使其極易受影響，因而在實(shí)施任何接線方案前都需要一定的保護(hù)電路。鑒于此，我們必須采用一個(gè)適配器模塊，以便至少在接線前保護(hù)該FPGA，但該模塊還將很可能包括調(diào)理這些FGPA針腳的專用電路?，F(xiàn)有這樣一個(gè)涉及高速數(shù)字通信的范例：雖然這些FPGA針腳可以以400 Mb/s的速率進(jìn)行通信，但這樣的數(shù)據(jù)速率對(duì)于一臺(tái)外部的待測(cè)設(shè)備并非是可以直接使用的。NI 6581適配器模塊包含多個(gè)可以通過更為合適的數(shù)字連接器生成和采集多種電平信號(hào)的數(shù)字緩存器。通過這些緩存器，時(shí)鐘速率降至100 MHz，在保護(hù)FPGA的同時(shí)，通信的穩(wěn)定性得到了很大的提高。

4. 4. 現(xiàn)有哪些NI FlexRIO適配器模塊可供使用？

您在挑選面向NI FlexRIO的I/O適配器模塊時(shí)可有三種選擇。

首先，NI公司將為具體應(yīng)用開發(fā)適配器模塊，以實(shí)現(xiàn)與LabVIEW FPGA模塊和NI-RIO驅(qū)動(dòng)程序的最佳軟件集成。NI 6581是第一款NI適配器模塊，它具有100 MHz數(shù)字I/O和可選的電壓值。

其次，第三方的開發(fā)合作者也設(shè)計(jì)了面向NI-FlexRIO的適配器模塊。敬請(qǐng)?jiān)L問第三方模塊網(wǎng)頁(yè)以獲取關(guān)于其可用性的更多信息。

最后，如果您無法找到一款滿足您的特殊需求的適配器模塊，那么總是存在設(shè)計(jì)和構(gòu)建您自己的適配器模塊的可能的。NI FlexRIO適配器模塊開發(fā)工具集(MDK)便是用于這一原因。請(qǐng)記住，構(gòu)建您自己的適配器模塊需要有PCB設(shè)計(jì)和VHDL的經(jīng)驗(yàn)。有幾家合作者也提供定制設(shè)計(jì)服務(wù)。敬請(qǐng)?jiān)L問第三方模塊網(wǎng)頁(yè)以獲取更多信息。

5. 5．NI FlexRIO適配器模塊開發(fā)工具集(MDK)包含哪些內(nèi)容？

NI FlexRIO適配器MDK可供那些希望開發(fā)其自己的NI FlexRIO適配器模塊的富有經(jīng)驗(yàn)的工程師們或合作者們使用。MDK提供了關(guān)于電氣與機(jī)械設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的全部文檔(其中包括CAD文件和PCB輪廓圖)，以及整體金屬封裝。工程師們可以在開發(fā)定制電路原理圖時(shí)使用這些導(dǎo)則，并選擇幾乎任意品牌的CAD軟件進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。一旦完成了PCB的制作，工程師們就可以植入組件，并添加精密的機(jī)械連接端子以盡可能方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連接。此外，利用VHDL和一個(gè)XML文件創(chuàng)建一個(gè)具有套接字的組件層知識(shí)產(chǎn)權(quán)(CLIP)節(jié)點(diǎn)，還需要VHDL的有關(guān)知識(shí)。它用于在一個(gè)LabVIEW FPGA項(xiàng)目中準(zhǔn)確地表示定制的I/O。
了解更多關(guān)于NI FlexRIO適配器MDK內(nèi)容的信息

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圖2. NI FlexRIO適配器MDK提供了所有構(gòu)建滿足復(fù)雜應(yīng)用需求的定制適配器模塊所必需的信息

6. 6.我必須使用NI LabVIEW FPGA模塊嗎？

是的。NI FlexRIO需要 LabVIEW FPGA模塊以實(shí)現(xiàn)與I/O的接口和FPGA應(yīng)用程序的編譯。與其他數(shù)據(jù)采集和模塊化儀器硬件不同，NI FlexRIO沒有功能豐富的驅(qū)動(dòng)程序API可供使用。NI-RIO驅(qū)動(dòng)程序軟件使用I/O節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)在硬件層次上與輸入和輸出的圖形化接口。此外，必須創(chuàng)建主計(jì)算機(jī)應(yīng)用以與FPGA應(yīng)用相結(jié)合。

7. 7.什么是LabVIEW FPGA？

NI LabVIEW FPGA模塊可以幫助您利用LabVIEW程序框圖對(duì)一個(gè)FPGA進(jìn)行編程。在其底層，該模塊采用代碼生成技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖形化開發(fā)環(huán)境與FPGA硬件的整合。這種利用程序框圖處理FPGA的方式非常適用于FPGA所提供的對(duì)內(nèi)在并行機(jī)制的一種直觀描述。不論您是否曾使用過硬件描述語(yǔ)言(HDL)，您都可以利用該模塊以及商業(yè)現(xiàn)成可用的(COTS)硬件來創(chuàng)建基于FPGA的測(cè)量與控制硬件。
. systems 支持包括PCI/PXI板卡和模塊化獨(dú)立系統(tǒng)的硬件目標(biāo)平臺(tái)
. 超過100個(gè)面向快速開發(fā)的FPGA IP組塊
. 內(nèi)置的I/O直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)提供與主機(jī)系統(tǒng)的快速通信
. 創(chuàng)建可以在40 MHz、80 MHz或者更高時(shí)鐘下單個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行的邏輯
. 管理LabVIEW項(xiàng)目中的存儲(chǔ)器、FIFO、時(shí)鐘和I/O
. 利用可供使用的向?qū)Э焖賳?dòng)或從零開始

8. 8.為了使用NI FlexRIO，我需要了解VHDL編程技術(shù)么？

如果該適配器模塊是由NI公司開發(fā)的，那么不需要任何VHDL或其他硬件描述語(yǔ)言的經(jīng)驗(yàn)。所有的FPGA編程均通過NI LabVIEW FPGA模塊和NI-RIO驅(qū)動(dòng)程序軟件以圖形化的方式完成。如果該適配器模塊是由第三方開發(fā)的，則或許提供定制的LabVIEW FPGA I/O節(jié)點(diǎn)。若存在一個(gè)帶有套接字的CLIP節(jié)點(diǎn)，用戶的體驗(yàn)可能會(huì)與NI提供的解決方案相似。對(duì)于定制設(shè)計(jì)的適配器模塊，設(shè)計(jì)工程師將需要利用VHDL和XML文件創(chuàng)建一個(gè)帶有套接字的CLIP節(jié)點(diǎn)，以便在LabVIEW FPGA項(xiàng)目中正確表示定制的I/O。

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圖3. NI FlexRIO中的FPGA利用CLIP節(jié)點(diǎn)，集成了第三方的IP核并與適配器模塊進(jìn)行通信

9. 9.可以將第三方的IP(來自VHDL或Verilog)吸納到我的NI FlexRIO應(yīng)用中么？

是的，多年前工程師們就已經(jīng)能夠?qū)DL代碼植入LabVIEW框圖，以運(yùn)行與其LabVIEW代碼相適應(yīng)的既有IP。但是，從LabVIEW 8.6 FPGA模塊開始，CLIP技術(shù)支持工程師們引入第三方的IP并與LabVIEW框圖并行執(zhí)行。這樣，第三方IP核可與NI FlexRIO結(jié)合使用。

采用FPGA技術(shù)有哪些技術(shù)優(yōu)勢(shì)？

下面列舉了FPGA技術(shù)的五大技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
. 高性能
. 上市時(shí)間短
. 低成本
. 高可靠性
. 長(zhǎng)期維護(hù)性

10. 10.Virtex-5 FPGA具有哪些技術(shù)優(yōu)勢(shì)？

Virtex-5 FPGA架構(gòu)經(jīng)優(yōu)化，可利用LabVIEW FPGA模塊中的單周期定時(shí)循環(huán)更快速、更有效地運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)FPGA芯片內(nèi)部的數(shù)字邏輯的基本構(gòu)建模塊被稱為slice，每個(gè)slice由多個(gè)觸發(fā)器和查詢表(LUT)組成。上一代的Virtex-II FPGA使用4-輸入的LUT，以支持高達(dá)16種數(shù)字邏輯賦值的組合。而新型的Virtex-5 FPGA使用了6-輸入的LUT，以支持高達(dá)64種組合，從而提高了您在每個(gè)slice中可實(shí)現(xiàn)的邏輯的數(shù)量。此外，這些slice相互緊密布置，以減少電子的傳輸時(shí)延并提高整體執(zhí)行速率。對(duì)于LabVIEW FPGA應(yīng)用這意味著什么？單周期定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)利用6-輸入的LUT顯著地提高了資源的利用率。這意味著您可以優(yōu)化更多的LabVIEW FPGA代碼以載入Virtex-5 FPGA，并在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成更多的操作。