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概覽 NI CompactRIO是一種小巧而堅固的工業(yè)化控制與采集系統(tǒng)，利用可重新配置I/O（RIO）FPGA技術(shù)實現(xiàn)超高性能和可自定義功能。NI CompactRIO包含一個實時處理器與可重新配置的FPGA芯片，適用于可靠的獨立嵌入式或分布式應(yīng)用系統(tǒng)；還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內(nèi)置可與傳感器/調(diào)節(jié)器直接連接的信號調(diào)理。CompactRIO展示了一種支持開放訪問低層硬件資源的低成本架構(gòu)。CompactRIO嵌入式系統(tǒng)可以使用高效的 LabVIEW圖形化編程工具進行快速開發(fā)。利用NI CompactRIO，您可以快速建立嵌入式控制與采集系統(tǒng)，而且該系統(tǒng)的工作性能和優(yōu)化特性可與專門定制設(shè)計的硬件電路相媲美。 CompactRIO平臺包括帶有工業(yè)浮點處理器的cRIO-900x和cRIO-901x實時控制器，其中cRIO-901x系列的4槽和8槽可重配置機箱具有1百萬或3百萬門FPGA。該平臺還包括新型cRIO-907x系列——一種集成的控制器與機箱。CompactRIO C系列模塊提供了各種類型的I/O，從±80 mV熱電偶輸入到250VAC/VDC通用數(shù)字輸入。用戶可以使用LabVIEW、LabVIEW實時模塊和LabVIEW FPGA模塊開發(fā)CompactRIO嵌入式系統(tǒng)。CompactRIO可以有三種配置——嵌入式系統(tǒng)（包括CompactRIO集成控制器與機箱）、R 系列擴展系統(tǒng)和遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng)。 CompactRIO嵌入式系統(tǒng) CompactRIO嵌入式系統(tǒng)包含一個實時嵌入式處理器、帶有可編程FPGA的4或8槽可重新配置的機箱和熱插拔工業(yè)I/O模塊。這種低成本的嵌入式架構(gòu)支持開放訪問低層的硬件資源，以快速開發(fā)定制的獨立或分布式控制與采集系統(tǒng)。 
CompactRIO R系列擴展系統(tǒng) CompactRIO R系列擴展系統(tǒng)使用同樣的熱插拔工業(yè)I/O模塊，為PCI或PXI/ CompactPCI R系列FPGA設(shè)備提供高性能的信號調(diào)理和工業(yè)擴展I/O。該擴展系統(tǒng)為各種應(yīng)用增加了自定義的測量功能，如傳統(tǒng)的插入式數(shù)據(jù)采集、視覺、運動和模塊化儀器等應(yīng)用。
CompactRIO遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng) CompactRIO遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng)使用與其他CompactRIO平臺相同的熱插拔I/O模塊，以實現(xiàn)與Windows臺式機或筆記本電腦的高速接口。嵌入式系統(tǒng)中的90xx實時控制器為一個支持高達50 MB/s數(shù)據(jù)傳輸速率的高速遠(yuǎn)程控制器所替代。
低成本的開放式架構(gòu) CompactRIO采用低功耗實時嵌入式處理器，以及一組高性能的RIO FPGA芯片。RIO核心內(nèi)置數(shù)據(jù)傳輸機制，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)至傳輸嵌入式處理器以進行實時分析、后續(xù)處理、數(shù)據(jù)記錄或者與聯(lián)網(wǎng)主機的通信。利用LabVIEW FPGA的基本I/O功能，CompactRIO支持對每個I/O模塊的輸入/輸出電路的直接硬件訪問。所有I/O模塊均包含內(nèi)置的連接、信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換電路（如ADC或DAC）和一個可選配的隔離屏蔽。該設(shè)計展示了一種支持開放訪問低層硬件資源的低成本架構(gòu)。
I/O模塊 每個CompactRIO I/O模塊都包含內(nèi)置的信號調(diào)理和螺旋接頭、BNC或D-Sub連接器。通過在模塊中集成接線盒，大幅縮小了CompactRIO的尺寸，顯著降低了其現(xiàn)場連線成本。現(xiàn)有多種類型的I/O可供使用，包括±80 mV熱電偶輸入、±10V同時采樣模擬輸入/輸出、高達1A驅(qū)動電流的24V工業(yè)數(shù)字I/O、帶有供編碼器使用的5V常規(guī)電源輸出的差分/TTL數(shù)字輸入和250Vrms的通用數(shù)字輸入。由于該模塊內(nèi)置有支持大電壓范圍或工業(yè)信號類型的信號調(diào)理電路，通常情況下，您可以將CompactRIO模塊與您的傳感器/調(diào)節(jié)器直接相連。而且，您可以利用CompactRIO I/O模塊開發(fā)工具集創(chuàng)建您自己的模塊。關(guān)于可用模塊的更新信息，敬請訪問ni.com/compactrio。
實時處理器 CompactRIO嵌入式系統(tǒng)特性在于其工業(yè)級的處理器以可靠和確定的方式執(zhí)行您的LabVIEW實時應(yīng)用。從數(shù)千種內(nèi)置的LabVIEW函數(shù)中選擇合適的函數(shù)，您可以構(gòu)建面向?qū)崟r控制、分析、數(shù)據(jù)記錄和通信的多線程嵌入式系統(tǒng)。控制器還具有一個10/100 Mb/s以太網(wǎng)口，可用于跨網(wǎng)絡(luò)的通信編程（包括電子郵件）和內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)（HTTP）與文件（FTP）服務(wù)器。利用遠(yuǎn)程面板網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，您可以自動發(fā)布用于多客戶端遠(yuǎn)程監(jiān)控或控制的嵌入式應(yīng)用的圖形化用戶界面前面板。該實時處理器還包括了11~30VDC的雙電源輸入、一個用戶DIP開關(guān)、LED狀態(tài)指示燈、一個實時時鐘、看門狗定時器和其他高可靠的特性。
可重新配置的機箱 可重新配置的機箱是NI CompactRIO嵌入式系統(tǒng)的核心，包含RIO FPGA內(nèi)核。該用戶定義的RIO FPGA是對于您的控制邏輯、輸入/輸出、定時、觸發(fā)和同步設(shè)計的一種利用定制硬件的實現(xiàn)。RIO FPGA芯片與I/O模塊以星型拓?fù)湎噙B接，從而可以訪問每個模塊以實現(xiàn)精確控制并在定時、觸發(fā)和同步等方面獲得極大的靈活性。通過本地PCI總線連接，實現(xiàn)了RIO FPGA與實時處理器間的高性能接口。可重新配置的機箱采用了相同的金屬架構(gòu)，使得整個CompactRIO平臺同樣堅固。
集成的控制器與機箱 集成的配置將嵌入式實時控制器與包含有FPGA的機箱組合在獨立的單元之中。這樣的配置提供了模塊化控制器與機箱的所有功能特性，并進行了成本優(yōu)化以使得該系統(tǒng)非常適合大容量的應(yīng)用。
可重新配置的I/O（RIO）技術(shù) 借助NI RIO技術(shù)，您可以利用可重新配置的FPGA芯片與LabVIEW圖形化開發(fā)工具定制您自己的測量硬件電路。現(xiàn)在您可以利用可重新配置的FPGA技術(shù)，自動合成高度優(yōu)化的電子電路來執(zhí)行您的輸入/輸出、通信或控制應(yīng)用。
現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA） FPGA設(shè)備憑借其性能、可重配置性、小尺寸和較低的工程開發(fā)成本等特性，為控制與采集系統(tǒng)的廠商廣泛采用。由于電子設(shè)計工具的復(fù)雜性，基于 FPGA的設(shè)備通常是由廠商而不是用戶來定義。現(xiàn)今，您可以利用用戶可編程的FPGA構(gòu)建高度優(yōu)化的可重新配置的控制與采集系統(tǒng)，而不必了解專門的硬件設(shè)計語言，如VHDL。利用CompactRIO，您可以在硅片上設(shè)計定制您自己的具有25 ns定時/觸發(fā)精度的控制或采集電路。
FPGA設(shè)備的特色在于一個帶有可配置的邏輯組塊（CLB）陣列的可重新配置的數(shù)字架構(gòu)，該陣列被外圍I/O模塊所環(huán)繞。利用可編程的互連開關(guān)與接線路由，可以實現(xiàn)信號在FPGA矩陣內(nèi)的任意方式路由。CompactRIO提供4槽和8槽機箱，可選用1百萬或3百萬門FPGA芯片。 性能、尺寸與重量 利用LabVIEW FPGA軟件與可重新配置的硬件技術(shù)，您可以利用CompactRIO構(gòu)建超高性能的控制與采集系統(tǒng)。FGPA電路是一種并行處理的、可重新配置的計算引擎，在芯片硅電路上執(zhí)行您的LabVIEW應(yīng)用程序。您可以在硅片上設(shè)計定制您自己的具有25 ns定時/觸發(fā)精度的控制或采集電路。LabVIEW FPGA提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，可用于模擬閉環(huán)PID控制、5階FIR濾波器、一維查找表、線性插值、過零檢測和正弦波的直接數(shù)字合成。
利用嵌入式RIO FPGA硬件，您可以實現(xiàn)超過100 kS/s循環(huán)速率的多循環(huán)模擬PID控制系統(tǒng)。可以實現(xiàn)循環(huán)速率高達1 MS/s的數(shù)字控制系統(tǒng)，并可以以40 MHz（25 ns）周期速率的單個while循環(huán)評估布爾邏輯的多個層次。鑒于RIO核心的并行本質(zhì)，添加額外的計算并不會必然降低FPGA應(yīng)用的執(zhí)行速率。
尺寸與重量 CompactRIO專為惡劣環(huán)境和較小空間的應(yīng)用設(shè)計。對于許多類似的嵌入式應(yīng)用，尺寸、重量和I/O通道密度均是關(guān)鍵的設(shè)計需求。利用FPGA 設(shè)備的卓越性能和較小尺寸，CompactRIO能夠在一個緊湊、堅固的封裝中提供前所未有的控制與采集能力。4槽可重新配置的嵌入式系統(tǒng)尺寸為 179.6*88.1*88.1 mm（7.07*3.47*3.47 英寸），重量僅為1.58 kg（3.47 lb）。對于布滿32通道I/O模塊的8槽系統(tǒng)，其通道重量密度為9.7 g/ch（0.34 oz/ch），通道體積密度為8.2 cm3/ch（0.50 in.3/ch）。
超高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)認(rèn)證與評級 CompactRIO是一種可重新配置的嵌入式系統(tǒng)，它組合了可靠、獨立的嵌入式功能與適合惡劣工業(yè)環(huán)境下操作的超高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)認(rèn)證與評級。模塊化 CompactRIO系統(tǒng)適合-40~70℃（-40~158 ℉）的操作溫度范圍、能抵抗50 g沖擊并可以支持危險環(huán)境或存在爆炸危險的環(huán)境（Class I,Division 2）。大部分I/O模塊能夠抵抗高達2300Vrms瞬態(tài)隔離電壓和250 Vrms持續(xù)隔離電壓。每個部件都通過了各種國際安全、電磁兼容性（EMC）和環(huán)境認(rèn)證與評級。如欲查詢每個設(shè)備的工業(yè)認(rèn)證與其他技術(shù)文檔，敬請查閱操作指南手冊。請訪問http://sine.ni.com/manuals/main/p/sn/n23:1.4796以獲得更多信息。 Ø -40~70℃（-40~158 ℉）的操作溫度范圍——（模塊化系統(tǒng)） Ø -20~50℃（-4~122 ℉）的操作溫度范圍——（集成系統(tǒng)） Ø 高達2300 Vrms瞬態(tài)隔離電壓 Ø 50 g沖擊評級 Ø 國際安全、EMC和環(huán)境認(rèn)證 Ø 面向危險環(huán)境的Class I,Division 2評級 Ø 11~30VDC雙電源輸入、低功耗（典型功耗為7~10W）——模塊化系統(tǒng) Ø 19~30VDC單輸入輸入——集成系統(tǒng) CompactRIO R系列擴展系統(tǒng) 在此配置下，CompactRIO擴展機箱可以被連接到PCI或PXI接口的R系列FPGA設(shè)備的數(shù)字端口。R系列設(shè)備可以安裝在任何運行 Windows或LabVIEW實時操作系統(tǒng)之一的臺式機或PXI計算機系統(tǒng)中。RIO FPGA位于R系列設(shè)備上，同時CompactRIO將R系列設(shè)備上的單個數(shù)字端口轉(zhuǎn)換為一個高性能的擴展I/O與信號調(diào)理系統(tǒng)。Windows主機 CPU或PXI RT控制器為模擬控制、分析或硬件在環(huán)（HIL）仿真提供高性能的處理能力。R系列RIO設(shè)備與CompactRIO機箱提供高速信號調(diào)理后的輸入、輸出、通信和控制能力，以及前所未有的靈活性與優(yōu)化性能。
R系列擴展機箱 cRIO-9151 4槽R系列擴展機箱直接連接到直接連到PXI-7831R、PXI-7811R或者PCI-7831R等PXI或PCI接口的R系列設(shè)備上。在這種配置情況下，F(xiàn)GPA位于R系列設(shè)備上，同時CompactRIO I/O模塊提供工業(yè)I/O、隔離和信號調(diào)理功能。利用PXI-7831R或PCI-7831R，每一塊R系列設(shè)備都可以連接到2個R系列擴展機箱，即最多 8個I/O模塊上。利用PXI-7811R，每一塊R系列設(shè)備都可以連接到4個R系列擴展機箱，即最多16個I/O模塊上。
CompactRIO R系列擴展系統(tǒng)的操作系統(tǒng)選項 CompactRIO R系列擴展系統(tǒng)可以與運行Windows或者LabVIEW實時操作系統(tǒng)的臺式機或者PXI計算機系統(tǒng)配合使用。NI公司的LabVIEW Real-Time Module（7.1及以上版本）軟件支持將標(biāo)準(zhǔn)的臺式機作為LabVIEW實時目標(biāo)。需要更多實時配置平臺選型的信息，請訪問網(wǎng)頁ni.com/realtime。 CompactRIO遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng) 在這種配置下，NI公司的cRIO-9052型高速遠(yuǎn)程控制器代替了cRIO-900x型實時控制器，提供了從任意的NI cRIO-910x可重新配置機箱到便攜式電腦、PXI系統(tǒng)或者PC機的高速接口。利用NI cRIO-9052，工程師們可以從CompactRIO機箱內(nèi)的FPGA獲得高達50MB/s的接口速度。對于需要利用CompactRIO中FPGA 的靈活性并且要求與便攜式電腦或PC機高速接口的應(yīng)用而言，cRIO-9052是一個遠(yuǎn)程的、可重新配置的理想解決方案。用戶可以選擇使用 CompactRIO高速遠(yuǎn)程系統(tǒng)連接到運行LabVIEW Windows應(yīng)用程序的便攜式電腦、PC機或者PXI系統(tǒng)上，也可以連接到運行LabVIEW Real-Time應(yīng)用程序的PC機或者PXI系統(tǒng)上。 LabVIEW Real-Time（ETS） 用于ETS的LabVIEW Real-Time提供種類最多的PXI機箱、控制器和內(nèi)插式模塊，用于數(shù)據(jù)采集、機器視覺、運動控制、模塊化儀器以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（CAN、GPIB、串行接口等）。
實時控制應(yīng)用設(shè)計 可重新配置的控制和采集系統(tǒng)通常包含四個主要部分： • 用于輸入、輸出、通信和控制的RIO FPGA核心應(yīng)用程序 • 用于浮點控制、信號處理、分析和點對點決策的嚴(yán)格定時循環(huán) • 用于嵌入式數(shù)據(jù)記錄、遠(yuǎn)程面板Web界面和以太網(wǎng)/串口通信的普通優(yōu)先級循環(huán) • 用于遠(yuǎn)程圖形化用戶界面、歷史數(shù)據(jù)記錄及后續(xù)處理的網(wǎng)絡(luò)化主機電腦 用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求來決定實現(xiàn)一個或所有的應(yīng)用部分。
LabVIEW FPGA Module軟件 LabVIEW和LabVIEW FPGA Module軟件實現(xiàn)了對NI RIO硬件上的FPGA芯片進行圖形化開發(fā)。利用LabVIEW FPGA Module軟件，用戶可以在運行Windows系統(tǒng)的主機電腦上開發(fā)FPGA應(yīng)用程序，然后LabVIEW編譯并在硬件中實現(xiàn)代碼。使用LabVIEW FPGA Module，用戶可以在不了解硬件設(shè)計或VHDL的情況下定義個性化的I/O和控制硬件電路。對FPGA進行圖形化編程使得LabVIEW用戶合成自定義的測量電路，而且其工作性能和優(yōu)化特性可與專門定制設(shè)計的硬件電路媲美。
重要的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者工具 LabVIEW FPGA Module、LabVIEW Real-Time Module和用于Windows開發(fā)環(huán)境的LabVIEW為加速開發(fā)高級、可靠且性能高度優(yōu)化的可重新配置嵌入式系統(tǒng)提供了大量的工具和技術(shù)。 嵌入式項目管理者 • FPGA硬件目標(biāo)配置和自動模塊查找 • CompactRIO模塊和I/O通道別名管理 • FPGA應(yīng)用程序flash存儲器下載和自動加載配置 LabVIEW FPGA開發(fā)環(huán)境 • 用于模擬輸入／輸出、數(shù)字輸入／輸出和I/O屬性節(jié)點／方法節(jié)點的FPGA設(shè)備I/O • 中斷(IRQ)生成和同步功能 • 40MHz單個定時循環(huán)，以25ns的時間間隔執(zhí)行代碼 • 利用while循環(huán)、順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、for循環(huán)和其他執(zhí)行控制結(jié)構(gòu)的并行處理 • FPGA的FIFO數(shù)據(jù)緩存和存儲器讀／寫 • 使用40MHz FPGA時基的循環(huán)定時器／計數(shù)器(25ns定時脈沖、微秒或毫秒級分辨率) • 布爾邏輯、比較、數(shù)值計算、飽和算數(shù)函數(shù)和逐位數(shù)據(jù)操作函數(shù) • HDL接口節(jié)點用于集成非LabVIEW IP核 • 非線性系統(tǒng)和包括PID和五階FIR濾波器的離散線性控制函數(shù) • 一維查找表、線性插值、過零檢測和直接數(shù)字合成正弦波發(fā)生器 LabVIEW實時開發(fā)環(huán)境 • 目標(biāo)配置選項，包含應(yīng)用程序啟動運行設(shè)置和開發(fā)、Web、遠(yuǎn)程面板和文件服務(wù)器訪問 • 開放的打開FPGA VI引用的函數(shù)用于有規(guī)劃的比特流下載、通信接口引用和程序啟動 • 利用FPGA產(chǎn)生中斷（IRQ）的確定性實時while循環(huán)線程同步 • FPGA前面板控件/顯示器讀/寫傳輸?shù)臄?shù)據(jù) • 用于整數(shù)到浮點數(shù)工程單元轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)縮放/映射函數(shù) • 實時FIFO數(shù)據(jù)緩沖 • 定時時間循環(huán)結(jié)構(gòu)用于多速率確定性控制 • 浮點PID、定點特性描述、增益調(diào)度和速率限制器函數(shù) • 模糊邏輯控制、連續(xù)和離散線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)及二維查找表函數(shù) • 點對點信號生成、時域分析、頻域變換和譜分析、濾波器、統(tǒng)計、曲線擬合/插值、線性代數(shù)、矩陣/向量操作 • SMTP E-mail、TCP/IP、UDP、IrDA、DataSocket和VISA RS232串行編程性服務(wù)器/客戶端通信（包含802.11無線以太網(wǎng)） • 二進制和文本文件I/O用于嵌入式數(shù)據(jù)記錄和恢復(fù) 應(yīng)用模塊和工具箱 • LabVIEW PDA模塊 • LabVIEW企業(yè)版連接用工具包 • LabVIEW遠(yuǎn)程面板許可證（5個用戶） • LabVIEW執(zhí)行跟蹤工具包 • LabVIEW階次分析工具包 • LabVIEW聲音和振動工具包 • LabVIEW信號處理工具包 • LabVIEW仿真模塊 • LabVIEW控制設(shè)計工具包 • LabVIEW系統(tǒng)辨識工具包 • LabVIEW仿真接口工具包 • LabVIEW狀態(tài)圖工具包 LabVIEW網(wǎng)絡(luò)化主機應(yīng)用開發(fā) • web瀏覽器遠(yuǎn)程面板圖形化用戶界面插件用于遠(yuǎn)程控制／監(jiān)視（Windows、Linux、Mac OS X、Solari系統(tǒng)） • 快速譜信號分析、失真／音調(diào)、幅度／電平、時序／變換、卷積／相關(guān)、掩模／限定、直方圖函數(shù) • 本地或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫連接、文本/HTML／DIAdem報告生成 • 手持式移動設(shè)備／便攜式PDA用戶界面／遠(yuǎn)程控制（LabVIEW PDA模塊） 具體應(yīng)用和客戶成功案例 憑借其低成本、可靠性和在大容量嵌入式測量和控制應(yīng)用中的適用性，CompactRIO系統(tǒng)可滿足大量的工業(yè)和應(yīng)用需求。案例包括：重型工業(yè)設(shè)備控制、車內(nèi)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和快速控制原型化（RCP）等： • 批量控制 • 離散控制 • 運動控制 • 車內(nèi)數(shù)據(jù)采集 • 機械狀態(tài)監(jiān)測 • 快速控制原型化（RCP） • 工業(yè)控制和采集 • 分布式數(shù)據(jù)采集和控制 • 移動/便攜式噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）分析 CompactRIO是為使用LabVIEW圖形化開發(fā)工具來構(gòu)建可重配置硬件使之用于范圍廣泛的工業(yè)和應(yīng)用的高級開發(fā)者而設(shè)計的。MTS、 Roush、 Göpel、 Process Automation及Virginia Tech等公司的客戶們已經(jīng)成功地開發(fā)出用于重型機械控制、車內(nèi)數(shù)據(jù)采集、聲學(xué)和振動分析及電動馬達驅(qū)動定性等CompactRIO嵌入式系統(tǒng)。 |
