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列印概觀
NI Real-Time 產品，將 NI LabVIEW 圖形化開發環境整合於專屬 Real-Time 和 FPGA 目標的決定性效能，以其能夠精確又可靠地即時執行應用程式，並可獨立作業。此份文件可針對應用需求，協助選擇正確的即時系統。
目錄
Real-Time 基礎
Real-time 作業系統是針對 2 種主要類型的應用所研發：事件回應 (Event Response) 與閉迴路控制系統。事件回應應用，需要一定時間內針對激發所產生的回應；此系統的範例即為汽車中的安全氣囊系統。閉迴路控制系統可持續處理反饋 (Feeddback)，以調整輸出；此系統的範例即為汽車的定速控制系統。此 2 種系統均需要於特定時點完成作業。此類型效能亦與決定機制有關。
如 Microsoft Windows 與 Mac OS 的作業系統為極佳的平台，可開發並執行非必要的量測與控制應用。然而，因為這些作業系統是針對一般用途所設計，因此並不適於執行需要決定機制的效能，或延伸截止時間。
一般用途的作業系統可同步執行多種應用，並確定所有應用可接收某些處理時間。這些作業系統必須能夠回應週邊產品的中斷情況，如滑鼠與鍵盤。使用者必須針對處理器處理工作的情況，進一步限制控制。因此，高優先度的工作可能晚於低優先度的工作，而無法保證重要應用的回應時間。
另一方面來說，即時作業系統可讓使用者自訂工作的優先度，並可依需要先行處理最重要的工作。此功能透過可預測的結果，讓使用者設計應用。
LabVIEW Real-Time 應用開發
LabVIEW 為圖形化的開發環境，針對彈性、可調整的量測與控制系統所設計。LabVIEW 為全功能的圖形化程式語言，並包含傳統文字架構語言的彈性。直覺式的圖形化開發環境，結合了可設定工具的簡易性，以及強大程式設計語言的彈性。LabVIEW 編譯器以相近於 C 程式的執行速度，產生最佳化的程式碼。
LabVIEW 緊密整合硬體與軟體，可減少使用不同的程式設計語言，並可溝通許多硬體元件。LabVIEW 專案可輕鬆建立新 VI；新增現有 VI與檔案至專案；檢視來源的獨立性；並指定自己應用的規格，以簡化大型應用的開發工作。LabVIEW Project Explorer 為整個系統的虛擬呈現，可展示來源馬與硬體執行系統，如即時系統、FPGA，與 PDA。
圖 1 - LabVIEW Project Explorer
LabVIEW Real-Time Module 可延伸 LabVIEW 圖形化程式設計，建立可靠的應用。透過 LabVIEW Real-Time，即可使用單一工具橫跨整個開發階段，包含系統設定、運算式原型製作，與應用部署，以定義程式作業。於 Windows 系統進行開發，並根據現有的電腦元件與 RTOS，下載可於獨立硬體系統執行的應用。當開發經驗近似於桌上型系統時，LabVIEW Real-Time Module 可新增工具至環境，以充分利用即時部署平台。
圖 2 –包含即時程式碼產生的快速開發
即時專案 (Real-Time Project) 精靈為 LabVIEW Real-Time Module 中，簡單易用、極有效率的工具，可根據用者建立的選項建立即時專案。這些選項包含多種即時架構、通訊和記錄選項，與可佈署應用的即時系統。不需多久時間，使用者即可建立主應用、系統應用，並共享可溝通此 2 種應用的變數。因為 Real-Time Project 精靈使用推薦的即時程式設計技術，因此不僅可讓初階使用者快速進行開發，亦為複雜專案的墊腳石。
圖 3 - LabVIEW Real-Time Project 精靈
指派執行緒的優先順序至 LabVIEW 程式碼
LabVIEW 的資料流程式設計模型，可免於冗長的文字式程式語言架構。由於執行緒是由節點間的資料流所決定，而非循序行列式文字 (sequential lines of text) 所決定，因此可輕鬆建置同時執行多重作業的程式方塊圖。此外，不需經由程式設計，LabVIEW 同時執行的特性，便能從功能表選項中指定執行緒順序，輕鬆建置多重作業和多執行緒。
LabVIEW 將根據各 VI 或各迴路為基礎，指派執行緒順序。使用 VI 優先順序：在執行對話框中，可選擇 5 種優先順序，以設定 VI 中所有程式碼的執行順序。透過時脈迴路，即可針對每個時脈迴路中的程式碼，設定執行的順序與期限。每回路均具有專屬順序，可於單一系統中建置最多 128 個迴路。
圖 4 - LabVIEW 時脈迴路設定
除錯並核對 LabVIEW Real-Time 應用的時脈
LabVIEW Real-Time 亦內建除錯與最佳化即時應用的工具。使用標準圖形化除錯工具，如強調執行、探測棒，與斷點等，可執行應用以檢視變數值和單步執行。
針對進階除錯，NI LabVIEW 執行追蹤 (Execution Trace) 工具組不需中斷執行嵌入式程式碼，便能檢查即時系統效能。僅需最小幅度修改內嵌式程式碼，這些工具將以圖形方式展示多執行緒程式碼，並強調執行緒互換 (thread swaps)、互斥訊號 (mutexes)，與記憶區配置。透過此工具組，即可辨識出尚未理想執行的程式碼，與不易尋找的條件，以最佳化程式碼的效能。此工具組需要 ETS 系統的 LabVIEW Real-Time Module，並相容於大部分的 LabVIEW Real-Time 佈署平台 – PXI RT 系列控制器、CompactRIO 控制器、Compact FieldPoint 控制器、Compact Vision System (CVS)，與執行 ETS 作業系統的桌上型電腦。
圖5 – 以LabVIEW 執行追蹤(Execution Trace) 工具組執行的進階除錯
此外，亦可使用LabVIEW VI Analyzer 工具組，以快速識別LabVIEW Real-Time 應用的形式(Style)、效能與文件記錄的差異。工具組可互動地提供直接連結至以識別程式碼的區段，並建立變動的自動記錄報表。VI Analyzer 工具組將接著提供指南，以建立彈性、堅固，與最佳化效能的軟體應用。
LabVIEW Real-Time 佈署平台總覽
所有的 LabVIEW Real-Time 佈署平台，均以通用的硬體與軟體為架構。各硬體系統均使用現成的電腦元件，如微處理器、RAM、非易失性記憶體，與 I/O 匯流排介面。嵌入式軟體包含 RTOS、磁碟軟體，與 LabVIEW 執行時間引擎的特別版本。
圖 6 – 即時硬體架構
PXI Real-Time 系統
Real-time PXI 系統包含堅固的機箱、嵌入式控制器，與插入式 I/O 模組。此系統通常使用於高效能系統，如電子控制單位的硬體迴路 (HWL) 測試，與機器條件監控應用的振動監控。
圖 7 - PXI Real-Time 系統範例
使用 ETS 系統的 LabVIEW Real-Time，於下載 RTOS 與應用軟體制專屬微處理器之後，即可轉換嵌入式控制器為即時控制器。嵌入式軟體可連接 PXI 系統中的所有 I/O，利用 PXI 進階時脈與同步化功能，以達到精確的 I/O 觸發與多重模組同步化。
PXI 應用範例
馬丁先生 (Lockheed Martin) 與 G Systems，使用 LabVIEW Real-Time 和 PXI 建置 F-35 噴射戰鬥機的風洞測試系統。此新的測試系統僅耗費不到 4 個月的開發時間，並取代了 VME 架構的設備，以擷取、分析，並儲存新一代噴射機引擎的動態壓力資料。最後則使用 NI PXI-4472 動態訊號擷取模組，以擷取 128 個通道的同步化取樣動態壓力量測。因為 LabVIEW Real-Time 可確保測試系統的最大可靠性，並省去不必要的測試執行，所以亦成為系統的一部分。
透過 LabVIEW Real-Time 與 PXI，馬丁先生在增加 1 倍的通道數之後，新的測試系統速度可達先前 VME 設備的 10 倍。此外，測試週期時間從 2 s 縮減至 50 ms。
若需要更多此應用的相關資訊，請參閱 NI 客戶解決方案：Lockheed Martin以 LabVIEW Real-Time 降低 F-35 噴射戰鬥機的測試時間與成本 。
CompactRIO Real-Time 系統
CompactRIO 系統包含小型的可重設機箱、即時控制器，與熱插拔的工業級 I/O 模組。I/O 模組內建可設定的訊號處理、隔離，與 I/O 接頭，可直接連至感測器和致動器。藉由嵌入式機箱背板的可重設 FPGA 晶片，資料可透過內建的 PCI 匯流排傳輸至即時控制器。CompactRIO 即時控制器，具有高效能的浮點處理器，可執行嵌入式 LabVIEW Real-Time 應用，適用於閉迴路 (Closed-Loop) 控制、擷取、訊號處理、資料記錄，與溝通功能。
圖 8 - CompactRIO Real-Time 系統範例
CompactRIO 應用範例
Drivven, Inc. 使用 LabVIEW Real-Time 與 CompactRIO，建立完整權限、FPGA 架構的引擎控制系統，適用於高效能的機車引擎。引擎控制需要毫秒 (Millisecond) 計算的迴路時脈，與微秒 (Microsecond) 計算的精確燃料與點火正時 (Spark Timing)。透過 3 種客製模組與 CompactRIO，可仔細控制重要的機車感測器與致動器。這些感測器提供訊號與事件，如進氣壓力與溫度、水箱溫度，與節流閥位置。
當於不同的節流閥位置與引擎速度騎乘機車時，Drivven 將資料記錄為 1 Mb 的資料。工程師可定時以無線 FTP 的方式，將資料從 CompactRIO 傳送至筆記型電腦中，並立刻針對工作點 (Operating point) 的範圍進行分析。當篩選靜態資料時，筆記型電腦架構的 LabVIEW 應用可快速以速度/負載操作表格，將資料進行排序。接著可使用 CompactRIO 進行研究導向引擎控制單位的原型，達到與廠房引擎控制單位的效能，並可提供生產導向電子所無法達到的未來運算式研究與開發。
透過 LabVIEW Real-Time 與 CompactRIO，Drivven 耗費約 12% 的時間，與 3% 於客製硬體製作引擎控制系統原型的成本。Compact RIO 與 LabVIEW Real-Time 可提供所需的時脈資源，而系統可承受作業環境的高溫與高振動。
若需要此應用的更多資訊，請參看 NI 客戶解決方案 Drivven 使用 CompactRIO 進行 FPGA 架構的引擎控制系統原型。
Compact FieldPoint 即時系統
Compact FieldPoint 系統包含嵌入式處理器的控制器，可執行 RTOS 與多種 I/O 模組。這些系統具有堅固的硬體，可於工業級環境中進行作業。除了 Compact FieldPoint 的軟體架構，系統並內建了 Publish/Subscribe 系統交換協定，適於建立分散式應用。
圖 9 - CompactRIO FieldPoint Real-Time 系統範例
Compact FieldPoint 應用範例
殼牌 (Shell) 石油通用解決方案，即使用 LabVIEW Real-Time 與 FieldPoint 的分散式 I/O，以開發油管的塊泡抑制 (Slug Suppression) 系統。即時控制系統不需氣體放電 (Gas Surge)，即可抑制塊泡，並控制靜態塊泡。控制系統包含置迷你分割器 (MiniSeperator)。LabVIEW Real-Time 與 FieldPoint 系統，控制迷你分割器氣體流與液體流活門。
所有的控制運算式均透過 PID 控制工具組，建置於 LabVIEW 中。與 PLC 與 DCS 工具相反，LabVIEW 具有正確的工具集，以快速建置此系統的複雜控制運算式。此外，FieldPoint 系統包含序列介面，可溝通現有的系統，並遠端控制設定點與作業模式。透過內建的殘餘機制 (Redundancy)，系統可於假設當機時間的 4 小時修復期間，達 99.95% 的使用度。
若需要此應用的詳細資訊，請參閱 NI 客戶解決方案：殼牌 (Shell) 石油穩定長型立管的氣體/液體流。
Compact Vision System (CVS)
CVS 為堅固的小型系統，針對機器視覺應用進行了最佳化，如自動化檢測。單一的小型 CVS，包含 RTOS 的嵌入式處理器、3 組 IEEE 1394 DCAM 相機的連結、本端影像顯示、1 組乙太網路埠、15 個數位輸入通道，與 14 個數位輸出通道。
圖 10- CVS 的範例
其他 Real-Time 系統
許多測試與量測應用均以 PCI 系統為基礎，可搭配使用 LabVIEW Real-Time 與 NI PCI 架構的硬體。透過 ETS 系統的 LabVIEW Real-Time，可將標準桌上型電腦轉換為即時系統。同樣的，若可符合作業系統的所有需求，則工業級電腦、單板電腦，PC-104 處理器介面卡，均可使用為 LabVIEW Real-Time 系統。
圖 11- 其他即時系統的範例，如工業級電腦、桌上型電腦、單板電腦 (SBC)，與PC-104 處理器介面卡
只要選擇相容的元件，可將桌上型電腦轉換為專屬的即時硬體系統。Ardence Phar Lap ETS 為包含單一即時 Kemel 的專屬 RTOS，可下載至桌上型的 PC 微處理器。為此專用 RTOS 開發的應用，最初是於主機電腦上開發，而後下載至即時系統。所有的 NI 即時硬體系統，均使用此相同架構。若需要桌上型電腦轉為 LabVIEW Real-Time 系統的需求，請參見下列連結。
桌上型電腦轉為 LabVIEW Real-Time 系統的需求
LabVIEW Real-Time 佈署平台比較
I/O 可用度
平台的 I/O 可用度，包含多種標準的驅動應用平台介面 (API)、客製化程度，與擴充性。NI 平台具有多種 I/O 模組，包含現成模組、客製化模組，與其他製造商模組。現成模組使用標準的驅動 API。某些 NI 平台透過客製化模組，提供客製化功能；其他 NI 平台則可使用可針對應用客製化的其他製造商模組。許多 NI 平台可延伸，以包含多重機箱、電腦，或背板。
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I/O 可用度 |
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多樣性 |
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標準驅動 API |
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客製度 |
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擴充性 |
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圖 12 - LabVIEW Real-Time 系統的輸入/輸出裝置比較
針對 Real-Time 系統，可用的 PXI 與 PCI I/O 包含下列：
- 資料擷取 (類比與數位)
- 動態訊號擷取
- 影像擷取
- 運動控制
- FPGA 架構的可重新設定 I/O (RIO)
- CAN
- 序列
- GPIB
- 乙太網路
- 透過 MXI 擴充的機箱
- IEEE 1394 的硬碟與相機
- 外接 USB 硬碟
- 其他製造商的硬體
圖 13 - PXI 與 PCI I/O 模組
NI PXI 與 PCI 模組具有標準驅動 API，與其他製造商模組的可客製 I/O。此外，亦可透過 NI MXI 達到不需軟體的 I/O 擴充。透過 MXI，即可使用雛菊鏈相連 2 組或以上的系統，並可使用單一 PXI 或桌上型電腦控制器控制所有的 I/O。
CompactRIO Real-Time 系統可利用下列任一個 I/O 模組：
- 類比輸入
- 類比輸出 (電壓與電流)
- CAN
- 運動
- 數位輸入與輸出
- 繼電器輸出
- 計數器/脈衝產生
- 客製模組
圖 14 - CompactRIO I/O 模組
若需要更多 CompactRIO 可用的 I/O 相關資訊，請參考 CompactRIO 產品選擇指南。
CompactRIO FieldPoint Real-Time 系統可利用下列任一個 I/O 模組：
- 類比輸入
- 類比輸出
- 數位輸入與輸出
- 繼電器輸出
- 計數器/脈衝產生
- 客製模組
圖 15 - Compact FieldPoint I/O 模組
透過 Compact FieldPoint，將由 I/O 硬體定義 I/O 時脈；因此與其他平台相較，API 較與系統無關。可使用雛菊鏈相連 2 組或以上的 Compact FieldPoint 系統，並可使用單一 Compact FieldPoint 控制器控制所有的 I/O。若需要更多 Compact FieldPoint 可用的 I/O 相關資訊，請至 Compact FieldPoint Advisor.。
Compact Vision System (CVS) 內建數位 I/O 功能，並支援最多 3 組 Firewire 相機。若需要更了解 CVS，請參閱 CVS NI CVS-145x 系統執行 LabVIEW Real-Time。
效能
LabVIEW Real-Time 系統的效能，可於執行、I/O 時脈、觸發、同步化，與處理器速度的條件下進行量測。決定性的特性，為所有即時系統最基本的元件。該特性針對系統是否能夠保持一致性，並於固定的時間內執行作業而定義。此特性將因為作業系統、軟體程式設計架構，與包含 I/O 時脈和同步化功能的應用軟體整合所影響。處理器速度亦決定最小的循環週期 (Loop-cycle) 時間。
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效能 |
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決定性的執行 |
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時脈、觸發，與同步化 |
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處理器速度 |
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圖 16 - LabVIEW Real-Time 系統的效能比較
若需要更詳細的效能比較，請參閱下列文件：
具體屬性
除了決定性效能之外，由於 RTOS 為指定特性，可簡化使用較少資源的作業系統，並降低標準作業系統的問題，因此提高了系統可靠性。搭配更可靠的軟體架構，LabVIEW Real-Time 平台包含硬體調變，可針對工業級環境提供較高的可靠性。
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具體屬性 |
Compact Vision System (CVS) | ||||
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耐用度 |
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可攜性 |
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圖 17 - LabVIEW Real-Time 系統的具體屬性比較
立刻試用 LabVIEW Real-Time
總結來說，LabVIEW Real-Time 可用於開發多種應用，包含高可靠度的測試系統、閉迴路控制應用，與獨立作業的系統。針對多種硬體佈署平台，可選擇不同 I/O、效能，與尺寸的硬體，以符合應用的需求。
若需要 LabVIEW Real-Time 的 Demo 服務，要求所需領域的工程師登門拜訪，或參加以 LabVIEW 開發 Real-Time 系統的免費 課程，請撥打 (02) 2377-2222 聯絡我們，或到網站：http://www.ni.com/realtime/zht/ 。
若要立刻體驗 LabVIEW Real-Time，請至 LabVIEW Real-Time On-line Eval.。
下載
合法
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