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概覽 NI CompactRIO是一種小巧而堅固的工業化控制與采集系統，利用可重新配置I/O（RIO）FPGA技術實現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用系統；還包含熱插拔工業I/O模塊，內置可與傳感器/調節器直接連接的信號調理。CompactRIO展示了一種支持開放訪問低層硬件資源的低成本架構。CompactRIO嵌入式系統可以使用高效的 LabVIEW圖形化編程工具進行快速開發。利用NI CompactRIO，您可以快速建立嵌入式控制與采集系統，而且該系統的工作性能和優化特性可與專門定制設計的硬件電路相媲美。 CompactRIO平臺包括帶有工業浮點處理器的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通用數字輸入。用戶可以使用LabVIEW、LabVIEW實時模塊和LabVIEW FPGA模塊開發CompactRIO嵌入式系統。CompactRIO可以有三種配置——嵌入式系統（包括CompactRIO集成控制器與機箱）、R 系列擴展系統和遠程高速接口系統。 CompactRIO嵌入式系統 CompactRIO嵌入式系統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I/O模塊。這種低成本的嵌入式架構支持開放訪問低層的硬件資源，以快速開發定制的獨立或分布式控制與采集系統。 
CompactRIO R系列擴展系統 CompactRIO R系列擴展系統使用同樣的熱插拔工業I/O模塊，為PCI或PXI/ CompactPCI R系列FPGA設備提供高性能的信號調理和工業擴展I/O。該擴展系統為各種應用增加了自定義的測量功能，如傳統的插入式數據采集、視覺、運動和模塊化儀器等應用。
CompactRIO遠程高速接口系統 CompactRIO遠程高速接口系統使用與其他CompactRIO平臺相同的熱插拔I/O模塊，以實現與Windows臺式機或筆記本電腦的高速接口。嵌入式系統中的90xx實時控制器為一個支持高達50 MB/s數據傳輸速率的高速遠程控制器所替代。
低成本的開放式架構 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核心內置數據傳輸機制，負責將數據至傳輸嵌入式處理器以進行實時分析、后續處理、數據記錄或者與聯網主機的通信。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模塊均包含內置的連接、信號調理、轉換電路（如ADC或DAC）和一個可選配的隔離屏蔽。該設計展示了一種支持開放訪問低層硬件資源的低成本架構。
I/O模塊 每個CompactRIO I/O模塊都包含內置的信號調理和螺旋接頭、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，顯著降低了其現場連線成本。現有多種類型的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驅動電流的24V工業數字I/O、帶有供編碼器使用的5V常規電源輸出的差分/TTL數字輸入和250Vrms的通用數字輸入。由于該模塊內置有支持大電壓范圍或工業信號類型的信號調理電路，通常情況下，您可以將CompactRIO模塊與您的傳感器/調節器直接相連。而且，您可以利用CompactRIO I/O模塊開發工具集創建您自己的模塊。關于可用模塊的更新信息，敬請訪問ni.com/compactrio。
實時處理器 CompactRIO嵌入式系統特性在于其工業級的處理器以可靠和確定的方式執行您的LabVIEW實時應用。從數千種內置的LabVIEW函數中選擇合適的函數，您可以構建面向實時控制、分析、數據記錄和通信的多線程嵌入式系統。控制器還具有一個10/100 Mb/s以太網口，可用于跨網絡的通信編程（包括電子郵件）和內置網絡（HTTP）與文件（FTP）服務器。利用遠程面板網絡服務器，您可以自動發布用于多客戶端遠程監控或控制的嵌入式應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、LED狀態指示燈、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嵌入式系統的核心，包含RIO FPGA內核。該用戶定義的RIO FPGA是對于您的控制邏輯、輸入/輸出、定時、觸發和同步設計的一種利用定制硬件的實現。RIO FPGA芯片與I/O模塊以星型拓撲相連接，從而可以訪問每個模塊以實現精確控制并在定時、觸發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，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，并進行了成本優化以使得該系統非常適合大容量的應用。
可重新配置的I/O（RIO）技術 借助NI RIO技術，您可以利用可重新配置的FPGA芯片與LabVIEW圖形化開發工具定制您自己的測量硬件電路。現在您可以利用可重新配置的FPGA技術，自動合成高度優化的電子電路來執行您的輸入/輸出、通信或控制應用。
現場可編程門陣列（FPGA） FPGA設備憑借其性能、可重配置性、小尺寸和較低的工程開發成本等特性，為控制與采集系統的廠商廣泛采用。由于電子設計工具的復雜性，基于 FPGA的設備通常是由廠商而不是用戶來定義。現今，您可以利用用戶可編程的FPGA構建高度優化的可重新配置的控制與采集系統，而不必了解專門的硬件設計語言，如VHDL。利用CompactRIO，您可以在硅片上設計定制您自己的具有25 ns定時/觸發精度的控制或采集電路。
FPGA設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字架構，該陣列被外圍I/O模塊所環繞。利用可編程的互連開關與接線路由，可以實現信號在FPGA矩陣內的任意方式路由。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，您可以利用CompactRIO構建超高性能的控制與采集系統。FGPA電路是一種并行處理的、可重新配置的計算引擎，在芯片硅電路上執行您的LabVIEW應用程序。您可以在硅片上設計定制您自己的具有25 ns定時/觸發精度的控制或采集電路。LabVIEW FPGA提供了大量的內置函數，可用于模擬閉環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字合成。
利用嵌入式RIO FPGA硬件，您可以實現超過100 kS/s循環速率的多循環模擬PID控制系統。可以實現循環速率高達1 MS/s的數字控制系統，并可以以40 MHz（25 ns）周期速率的單個while循環評估布爾邏輯的多個層次。鑒于RIO核心的并行本質，添加額外的計算并不會必然降低FPGA應用的執行速率。
尺寸與重量 CompactRIO專為惡劣環境和較小空間的應用設計。對于許多類似的嵌入式應用，尺寸、重量和I/O通道密度均是關鍵的設計需求。利用FPGA 設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，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）。
超高標準工業認證與評級 CompactRIO是一種可重新配置的嵌入式系統，它組合了可靠、獨立的嵌入式功能與適合惡劣工業環境下操作的超高標準工業認證與評級。模塊化 CompactRIO系統適合-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境或存在爆炸危險的環境（Class I,Division 2）。大部分I/O模塊能夠抵抗高達2300Vrms瞬態隔離電壓和250 Vrms持續隔離電壓。每個部件都通過了各種國際安全、電磁兼容性（EMC）和環境認證與評級。如欲查詢每個設備的工業認證與其他技術文檔，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） Ø -20~50℃（-4~122 ℉）的操作溫度范圍——（集成系統） Ø 高達2300 Vrms瞬態隔離電壓 Ø 50 g沖擊評級 Ø 國際安全、EMC和環境認證 Ø 面向危險環境的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 Ø 19~30VDC單輸入輸入——集成系統 CompactRIO R系列擴展系統 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設備的數字端口。R系列設備可以安裝在任何運行 Windows或LabVIEW實時操作系統之一的臺式機或PXI計算機系統中。RIO FPGA位于R系列設備上，同時CompactRIO將R系列設備上的單個數字端口轉換為一個高性能的擴展I/O與信號調理系統。Windows主機 CPU或PXI RT控制器為模擬控制、分析或硬件在環（HIL）仿真提供高性能的處理能力。R系列RIO設備與CompactRIO機箱提供高速信號調理后的輸入、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系列設備上。在這種配置情況下，FGPA位于R系列設備上，同時CompactRIO I/O模塊提供工業I/O、隔離和信號調理功能。利用PXI-7831R或PCI-7831R，每一塊R系列設備都可以連接到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系列擴展系統的操作系統選項 CompactRIO R系列擴展系統可以與運行Windows或者LabVIEW實時操作系統的臺式機或者PXI計算機系統配合使用。NI公司的LabVIEW Real-Time Module（7.1及以上版本）軟件支持將標準的臺式機作為LabVIEW實時目標。需要更多實時配置平臺選型的信息，請訪問網頁ni.com/realtime。 CompactRIO遠程高速接口系統 在這種配置下，NI公司的cRIO-9052型高速遠程控制器代替了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機高速接口的應用而言，cRIO-9052是一個遠程的、可重新配置的理想解決方案。用戶可以選擇使用 CompactRIO高速遠程系統連接到運行LabVIEW Windows應用程序的便攜式電腦、PC機或者PXI系統上，也可以連接到運行LabVIEW Real-Time應用程序的PC機或者PXI系統上。 LabVIEW Real-Time（ETS） 用于ETS的LabVIEW Real-Time提供種類最多的PXI機箱、控制器和內插式模塊，用于數據采集、機器視覺、運動控制、模塊化儀器以及工業網絡（CAN、GPIB、串行接口等）。
實時控制應用設計 可重新配置的控制和采集系統通常包含四個主要部分： • 用于輸入、輸出、通信和控制的RIO FPGA核心應用程序 • 用于浮點控制、信號處理、分析和點對點決策的嚴格定時循環 • 用于嵌入式數據記錄、遠程面板Web界面和以太網/串口通信的普通優先級循環 • 用于遠程圖形化用戶界面、歷史數據記錄及后續處理的網絡化主機電腦 用戶可以根據應用需求來決定實現一個或所有的應用部分。
LabVIEW FPGA Module軟件 LabVIEW和LabVIEW FPGA Module軟件實現了對NI RIO硬件上的FPGA芯片進行圖形化開發。利用LabVIEW FPGA Module軟件，用戶可以在運行Windows系統的主機電腦上開發FPGA應用程序，然后LabVIEW編譯并在硬件中實現代碼。使用LabVIEW FPGA Module，用戶可以在不了解硬件設計或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化特性可與專門定制設計的硬件電路媲美。
重要的嵌入式系統開發者工具 LabVIEW FPGA Module、LabVIEW Real-Time Module和用于Windows開發環境的LabVIEW為加速開發高級、可靠且性能高度優化的可重新配置嵌入式系統提供了大量的工具和技術。 嵌入式項目管理者 • FPGA硬件目標配置和自動模塊查找 • CompactRIO模塊和I/O通道別名管理 • FPGA應用程序flash存儲器下載和自動加載配置 LabVIEW FPGA開發環境 • 用于模擬輸入／輸出、數字輸入／輸出和I/O屬性節點／方法節點的FPGA設備I/O • 中斷(IRQ)生成和同步功能 • 40MHz單個定時循環，以25ns的時間間隔執行代碼 • 利用while循環、順序結構、條件結構、for循環和其他執行控制結構的并行處理 • FPGA的FIFO數據緩存和存儲器讀／寫 • 使用40MHz FPGA時基的循環定時器／計數器(25ns定時脈沖、微秒或毫秒級分辨率) • 布爾邏輯、比較、數值計算、飽和算數函數和逐位數據操作函數 • HDL接口節點用于集成非LabVIEW IP核 • 非線性系統和包括PID和五階FIR濾波器的離散線性控制函數 • 一維查找表、線性插值、過零檢測和直接數字合成正弦波發生器 LabVIEW實時開發環境 • 目標配置選項，包含應用程序啟動運行設置和開發、Web、遠程面板和文件服務器訪問 • 開放的打開FPGA VI引用的函數用于有規劃的比特流下載、通信接口引用和程序啟動 • 利用FPGA產生中斷（IRQ）的確定性實時while循環線程同步 • FPGA前面板控件/顯示器讀/寫傳輸的數據 • 用于整數到浮點數工程單元轉換的數據縮放/映射函數 • 實時FIFO數據緩沖 • 定時時間循環結構用于多速率確定性控制 • 浮點PID、定點特性描述、增益調度和速率限制器函數 • 模糊邏輯控制、連續和離散線性系統和非線性系統及二維查找表函數 • 點對點信號生成、時域分析、頻域變換和譜分析、濾波器、統計、曲線擬合/插值、線性代數、矩陣/向量操作 • SMTP E-mail、TCP/IP、UDP、IrDA、DataSocket和VISA RS232串行編程性服務器/客戶端通信（包含802.11無線以太網） • 二進制和文本文件I/O用于嵌入式數據記錄和恢復 應用模塊和工具箱 • LabVIEW PDA模塊 • LabVIEW企業版連接用工具包 • LabVIEW遠程面板許可證（5個用戶） • LabVIEW執行跟蹤工具包 • 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控制設計工具包 • LabVIEW系統辨識工具包 • LabVIEW仿真接口工具包 • LabVIEW狀態圖工具包 LabVIEW網絡化主機應用開發 • web瀏覽器遠程面板圖形化用戶界面插件用于遠程控制／監視（Windows、Linux、Mac OS X、Solari系統） • 快速譜信號分析、失真／音調、幅度／電平、時序／變換、卷積／相關、掩模／限定、直方圖函數 • 本地或遠程數據庫連接、文本/HTML／DIAdem報告生成 • 手持式移動設備／便攜式PDA用戶界面／遠程控制（LabVIEW PDA模塊） 具體應用和客戶成功案例 憑借其低成本、可靠性和在大容量嵌入式測量和控制應用中的適用性，CompactRIO系統可滿足大量的工業和應用需求。案例包括：重型工業設備控制、車內數據采集、設備狀態監測和快速控制原型化（RCP）等： • 批量控制 • 離散控制 • 運動控制 • 車內數據采集 • 機械狀態監測 • 快速控制原型化（RCP） • 工業控制和采集 • 分布式數據采集和控制 • 移動/便攜式噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）分析 CompactRIO是為使用LabVIEW圖形化開發工具來構建可重配置硬件使之用于范圍廣泛的工業和應用的高級開發者而設計的。MTS、 Roush、 Göpel、 Process Automation及Virginia Tech等公司的客戶們已經成功地開發出用于重型機械控制、車內數據采集、聲學和振動分析及電動馬達驅動定性等CompactRIO嵌入式系統。 |
