以 NI CompactRIO 與 NI 單卡式 RIO 囊括快速原型製作到低價位的佈署作業

若能在設計早期即考慮到佈署硬體的設計目標，將可加快上市時間。多利用已佈署產品的原型製作系統軟/硬體，即可降低重新作業的需要，並佈署更可靠的嵌入式系統或機器。

NI 可重設 I/O (RIO) 的佈署流程

 

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圖 1. NI RIO 佈署流程：快速原型製作到低價位的佈署作業

 

NI 提供多種商用現貨 (COTS) 硬體，並共用相同的可重設 I/O (RIO) 架構。此架構包含即時處理器、FPGA，與多種 I/O；I/O 又包含類比、數位、運動，與通訊 I/O。透過此標準架構與 NI LabVIEW 圖形化開發工具，並搭配彈性的高效能硬體，即可迅速設計嵌入式系統與工業級監控機器，接著進行原型製作。由於可完整再使用程式碼，因此可透過相同的硬體架構，迅速將原型轉為佈署完畢的系統，降低成本與上市時間。

 

NI 單卡式 RIO 嵌入式控制與擷取硬體 NEW!

新的 NI 單卡式 RIO 嵌入式產品，將延伸 NI RIO 佈署選項系列，而為低價位的機板層級 (Board-level) 嵌入式硬體。同樣的，由於使用標準的 NI RIO 架構與 LabVIEW，因此可透過彈性的模組化 CompactRIO，迅速進行嵌入式系統的原型製作，並佈署至新的機板層級 NI 單卡式 RIO 嵌入式硬體。因為從原型製作到佈署作業，均可再使用相同的 LabVIEW 程式碼，因此可縮短上市時間並提升嵌入式裝置的可靠性。新的 NI 單卡式 RIO 產品提供下列功能：

 

• 單卡式的嵌入式控制與擷取功能
• LabVIEW 圖形化程式設計與中介軟體 (Middleware) 驅動工具，可進行快速開發
• 內建即時處理器，適用於獨立的作業與訊號處理
• 內建 FPGA 晶片，適用於客制化 I/O 時脈與處理作業
• 內建類比與數位 I/O
• 低價位的系統，適用於機板層級的嵌入式設計

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 圖 2. NI 單卡式 RIO 於單一機板上整合處理器、FPGA、類比 I/O，與數位 I/O，透過 LabVIEW 圖形化工具即可進行程式設計。

 

每組 NI 單卡式 RIO 介面卡，均於單一機板中包含嵌入式即時處理器、高效能 FPGA、類比 I/O，與數位 I/O。如同其他的 NI RIO 硬體，每個 I/O 均直接連至 FPGA，提供較低客制化程度的時脈與 I/O 訊號處理功能。FPGA 即透過高速 PCI 匯流排，以連接嵌入式即時處理器。LabVIEW 內建資料傳輸機制，可從 I/O 將資料傳輸至 FPGA，再從 FPGA 傳輸至嵌入式處理器，適用於即時分析、後處理 (Postprocessing)、資料記錄，或溝通網路連結的主機電腦。

「NI CompactRIO 嵌入式系統與LabVIEW 圖形化工具，讓我們可於 Visica2 醫療器材中迅速設計、原型製作，並佈署控制系統。在縮短上市時間的同時，亦可降低建立客制硬體的的需要，以節省額外的成本。RIO 架構與新的低價位硬體系統，讓我們不需設計全新的軟體，即可於佈署大量機器時，迅速利用較低價位的硬體。」

Jeff Stevens, Principal Systems Engineer, Sanarus Medical

以 LabVIEW 迅速佈署嵌入式系統

透過 LabVIEW 圖形化開發環境，即可進行 RIO 嵌入式系統的即時處理器、可重設 FPGA，與 I/O 的程式設計作業，並適用於相同 LabVIEW Project 的嵌入式控制、監控、處理，與記錄應用。有了特定的 LabVIEW 模組，亦可設計即時處理器 (LabVIEW Real-Time Module) 與 FPGA (LabVIEW FPGA Module)。LabVIEW 亦具有中介軟體驅動的擴充集，可完美整合 RIO 嵌入式系統的所有硬體元件 (類比和數位 I/O、FPGA、處理器、週邊裝置，與記憶體)。

 

圖 3. 以 LabVIEW Project 管理並撰寫所有的處理器、FPGA，與 I/O 程式碼。

 

LabVIEW Real-Time Module

系統中的嵌入式即時處理器，可透過內建函式區塊的 LabVIEW Real-Time Module 進行程式設計，適用於浮點控制、處理、分析、資料記錄，與通訊作業。LabVIEW Real-Time Module 包含下列功能：

• LabVIEW 共用變數 (Shared variable) 技術，可輕鬆進行分散型嵌入式即時系統的網路連結
• 微秒 (Microsecond) 解析度的的精確軟體時脈
• 超過 600 項浮點進階控制與訊號處理功能
• 整合現有 C/C++ 程式碼
• 系統複製工具可快速佈署並備份現有系統

 

LabVIEW FPGA Module

RIO 硬體系統中的可重設 FPGA，可透過 LabVIEW FPGA Module 進行程式設計，適用於客制化的高速控制、I/O 時脈，與訊號處理功能。LabVIEW FPGA Module 包含下列功能：

• Component-level IP (CLIP) Node 可輕鬆整合現有 HDL 程式碼
• FPGA 精靈可快速架構 Real-Time 與 FPGA 程式碼
• FPGA Project 精靈可讓使用者輕鬆上手
• LabVIEW 狀態圖 (Statechart) 模組，適於建置 FPGA 架構的控制、狀態機器，與其他作業
• FPGA 模擬功能可輕鬆進行開發與除錯
• 定點 FPGA IP 函式區塊
• 快速傅立葉轉換 (FFT)
• 多通道 PID
• 訊號產生器
• Notch 濾波器
• 於 IPNet 檢視所有預先建立的 LabVIEW FPGA 函式與 IP

 

中介軟體 (Middleware) 驅動工具

嵌入式設計的最大難題之一，即是必須建立、除錯，並檢驗驅動程式層級 (Driver-level) 的軟體堆疊 (Software stack)，以整合嵌入式系統的所有硬體元件。一般來說，使用者均必須親自進行該整合程序，讓嵌入式系統設計的過程愈趨複雜且冗長。

NI 中介軟體驅動工具的功能，遠超過傳統單卡式電腦與其他嵌入式系統製造商的基礎驅動程式，可提升產能與效能，並縮短上市時間。驅動程式與其他組態服務軟體，均內含於各組 RIO 架構的介面卡中。內建的中介軟體驅動工具包含下列功能：

• 內建的函式可介接類比、數位、運動、通訊 I/O，與 FPGA
• 傳輸函式適用於 FPGA 與處理器之間的資料通訊作業
• 可介接 FPGA/處理器至記憶體
• 可介接處理棄置週邊設備 (RS232 序列、乙太網路)
• 高效能的多執行緒驅動程式 

 

從原型製作進而佈署

RIO 平台提供多種規格，適用於多種原型製作與佈署選項。CompactRIO 整合式系統與 NI 單卡式 RIO，可針對大型嵌入式系統提供最佳功能。如其他機板層級的產品一般，使用者必須遵循如電磁波 (EMC) 的標準相容性需求，並達到系統散熱標準，進而設計 NI 單卡式 RIO 嵌入式硬體。現成的封裝 CompactRIO 系統必須符合相關認證。使用者可參閱表 1 所列規格，選擇應用所需的 RIO 硬體。

 

	CompactRIO 模組化系統	CompactRIO 整合式系統	NI 單卡式 RIO
溫度範圍	-40 ~ 70 ºC	-20 ~ 55 ºC	-20 ~ 55 ºC
EMC 認證	√	√	−
搭配機器外殼	√	√	−
可混合使用控制器與機箱	√	−	−
可擴充的 C 系列插槽	4 或 8 槽	8 槽	可擴充 I/O 的 3 組接頭
適用於 USB 儲存作業的全速 USB 主機埠	√	−	−
內建非揮發式儲存裝置	最多 2 GB	最多 256 MB	最多 256 MB
電源供應輸入範圍	雙 9 ~ 35 VDC	單 19 ~ 30 VDC	單 19 ~ 30 VDC
FPGA	Xilinx Virtex FPGA	Xilinx Spartan-3 FPGA	Xilinx Spartan-3 FPGA

 

表 1. NI RIO 硬體比較

 

進一步了解 CompactRIO 與 NI 單卡式 RIO

何謂 CompactRIO？

何謂 NI 單卡式 RIO？

 

了解設定系統的方法

設定自己的 CompactRIO 系統

NI 單卡式 RIO 產品選擇指南