R 系列智慧型 DAQ 的常見問題

何謂新的 R 系列裝置？

 

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圖 1. 新的 R 系列智慧型 DAQ模組，包含較快的 I/O 與 Virtex-5 FPGA

 

新的 R 系列智慧型 DAQ 模組 (如圖 1 所示) 為 PXI-7841R、PXI-7842R、PXI-7851R，與 PXI-7852R。此 4 組新的 NI R 系列智慧型資料擷取 (DAQ) 與控制模組，均可透過 NI LabVIEW FPGA Module 進行設定。表 1 則列出 R 系列介面卡與其功能，如 750 kS/s 同步化類比輸入率、1 MS/s 同步化類比輸出率，與新的高效能 Virtex-5 FPGA 晶片。

 

產品	匯流排/規格	FPGA	16 位元類比輸入	每通道最大取樣率	16 位元類比輸出	每通道最大更新率	數位 I/O
多功能 R 系列介面卡
NI 7851R NEW!	PXI	Virtex-5 LX30	8	750 kS/s	8	1 MS/s	96
NI 7852R NEW!	PXI	Virtex-5 LX50	8	750 kS/s	8	1 MS/s	96
NI 7841R NEW!	PXI	Virtex-5 LX30	8	200 kS/s	8	1 MS/s	96
NI 7842R NEW!	PXI	Virtex-5 LX50	8	200 kS/s	8	1 MS/s	96
NI 7830R	PCI, PXI	Virtex-II 1M Gate	4	200 kS/s	4	1 MS/s	56
NI 7831R	PCI, PXI	Virtex-II 1M Gate	8	200 kS/s	8	1 MS/s	96
NI 7833R	PCI, PXI	Virtex-II 3M Gate	8	200 kS/s	8	1 MS/s	96
數位 R 系列介面卡
NI 7811R	PCI, PXI	Virtex-II 1M Gate	-	-	-	-	160
NI 7813R	PCI, PXI	Virtex-II 3M Gate	-	-	-	-	160

 

表 1. R 系列智慧型資料擷取與控制介面卡

 

這些智慧型 DAQ 介面卡，內建使用者定義的處理功能，與彈性的完整 I/O 時脈與觸發。透過 LabVIEW FPGA Module 建立 NI LabVIEW 程式區 (Block diagram)，即可設定所有介面卡的相關功能。並可於硬體中執行程式區，以直接控制所有 PXI 或 PCI 介面卡上的 I/O 訊號。透過 R 系列與 LabVIEW FPGA，可針對精確時脈與控制的應用，設定使用者定義的硬體，如：

• 內建處理功能的資料擷取
• 高速類比與離散式控制迴路
• 脈寬調變 (PWM) 與編碼器介接作業
• 使用者定義的數位通訊協定
• 客制化計數器可達最高 64 位元解析度
• 40 MHz 的硬體時脈決策

進一步了解 R 系列介面卡

新的 R 系列模組與前一代 R 系列介面卡的比較？

新的 R 系列模組搭載高效能 Virtex-5 FPGA，可提供較快的程式碼執行速度，並容納更多的 LabVIEW 程式碼，以提升整體效能。Virtex-5 FPGAs 為 6 個輸入的查找表 (LUT) 架構，可穩定提升來源碼與 DSP Slice 的使用率，並可讓使用者以較高的速度，建置更複雜的數位訊號處理作業。新的 Virtex-5 LX30 FPGA 約為 Virtex-II 1M gate FPGA 的 1 倍大；新的 Virtex-5 LX50 FPGA 僅稍大於 Virtex-II 3M gate FPGA。

此外，新的 NI PXI-7851R 與 PXI-7852R 模組，可於全部 8 個類比輸入通道中，達到 16 位元解析度的最高 750 kS/s 取樣率。PID 控制迴路可達前一代 R 系列硬體的 3.5 倍速度，搭配 FPGA 架構的平行執行功能，多個控制迴路亦不需完全佔用處理器的頻寬。較高的類比輸入速率，亦提升了類比觸發的精確度與頻率量測的功能。

新的 R 系列模組亦需要新版本的 NI-RIO 驅動程式 (2.4 版以上)。若仍使用較早版本的 NI-RIO 驅動程式，則請免費更新至最新版本。

 

新的 Virtex-5 FPGA 共有多少閘道 (Gate)？

閘道 (Gate) 數量為 FPGA 晶片與 ASIC 技術常見的比較方式，但卻無法實際反應出 FPGA 個別元件的數量。而此理由為 Xilinx 並未針對新 Virtex-5 系列指定閘道數量的原因之一。LabVIEW FPGA 已顯示新的 Virtex-5 LX30 FPGA 約為 Virtex-II 1M gate FPGA 的 1 倍大；新的 Virtex-5 LX50 FPGA 僅稍大於 Virtex-II 3M gate FPGA。

 

如何為應用選擇正確的 FPGA？

事實上，極難以決定應用到底需要較大或較小的 FPGA。LabVIEW FPGA Module 與 NI-RIO 驅動程式的彈性，可於無硬體的條件下進行程式區的編譯作業；因此要知道需要多少資源的最好方法，就是實際測試之。

當為應用選擇 FPGA 時，可依下列敘述為一般指南。

針對執行基本時脈、觸發，與同步化的應用，可使用較小型的 FPGA。若應用包含時脈、觸發、同步化作業，與訊號處理功能 (控制、數位濾波、複雜的類比觸發)，則需要具有較多資源的大型 FPGA，以建置這些作業。

若需進一步了解 FPGA 進行低階作業的方法，請參閱 FPGA – 表面之下的結構 技術文章。

 

我的 Virtex-II 程式可於 Virtex-5 中執行嗎？

一般來說，針對 Virtex-II 1M gate FPGA 所編譯的程式，亦可對 Virtex-5 LX30 進行編譯；而 Virtex-II 3M gate FPGA 編譯的程式亦可用於 Virtex-5 LX50。由於 2 組 FPGA 系列之間的結構差異，並沒有人能夠保證可完全相容。而要知道程式是否能夠轉移的唯一方法，即是進行測試。

透過 LabVIEW FPGA Module 與 NI-RIO 驅動程式，不需安裝任何硬體即可編譯程式區。若要能支援新的 Virtex-5 R 系列系統，只需免費更新至 NI-RIO 的最新版本。

 

Virtex-5 FPGA 的優點？ 

 

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圖 2. NI PXI-7852R 包含紅圈所表示的 Virtex-5 FPGA 晶片

 

Virtex-5 FPGA 架構使用 LabVIEW FPGA Module 中的單循環時脈迴路，可達較快且效率較高的執行速度。在 FPGA 晶片中，可建置數位邏輯的基本區塊即稱為 Slice，且每個 Slice 均以正反器 (Flip-flops) 與查找表 (LUT) 所構成。前一代的 Virtex-II FPGA 使用 4 個輸入的 LUT，可整合最多 16 組數位邏輯值。新的 Virtex-5 FPGA 則使用 6 個輸入的 LUT，並可整合最多 64 組邏輯值；提升每組 Slice 所能夠建置的邏輯總數。此外，Slice 彼此的距離均極為靠近，以縮短電子的傳輸延遲 (Propagation delay ) 並提升整體執行速率。此特性對 LabVIEW FPGA 應用的意義為何？單循環時脈迴路的架構，將可利用 6 個輸入的 LUT 並降低資源佔用率。亦即使用者可針對 Virtex-5 FPGA 最佳化 LabVIEW FPGA 程式碼，並可於每時脈循環執行更多作業。

 

使用者必須了解 VHDL 才能使用 LabVIEW FPGA？

不需要。透過 LabVIEW FPGA Module，即可於 R 系列介面卡中直接合成 LabVIEW 至 FPGA 的圖形化程式碼。在了解 LabVIEW 將圖形化程式區編譯為 VHDL 的方法之後，使用者不需完全通曉 FPGA 或 VHDL 來使用 LabVIEW，亦可做出最好的選擇。若工程師不了解如 VHDL 或 Verilog 的低階硬體描述語言，卻又需要 FPGA 技術的硬體客制化功能時，LabVIEW 即為最理想的軟體工具。

進一步了解 NI LabVIEW FPGA Module

 

必須要有 LabVIEW FPGA Module 才能進行 R 系列介面卡的程式設計嗎？

是的。必須要有 LabVIEW FPGA Module 才能進行 R 系列介面卡的程式設計。然而，若使用者已經擁有現成的 VHDL IP Core ，或其他需要的 VHDL 程式碼，亦可透過 HDL Interface Node，將 VHDL 整合至 LabVIEW 程式區中。

參閱此應用說明 以了解整合 VHDL 至 LabVIEW 程式區的方法。

 

R 系列與其他資料擷取產品的差異？

R 系列具有使用者進行程式設計的 FPGA 晶片，適用於內建處理與 I/O 的作業；可取代固定式 ASIC 的裝置控制功能。多功能的 R 系列智慧型 DAQ 介面卡，其每通道具有專屬的類比數位轉換器 (ADC)，適用於獨立的時脈與觸發。此將提供如多取樣率與個別通道觸發的特定功能，而一般資料擷取硬體並無法提供類似功能。使用者可於 R 系列介面卡中，將硬體時脈的數位 I/O 定義為計數器、PWM 通道、彈性編碼器，或數位通訊協定的通道。

 

可使用 NI-DAQmx、NI-DAQmx Base，或 NI Measurement Hardware DDK 進行 R 系列介面卡的程式設計嗎？

所有的 R 系列智慧型 DAQ 介面卡均使用 NI-RIO 驅動程式 – 並不相容於 NI-DAQmx 或 NI-DAQmx 基本版。然而，NI Measurement Hardware DDK 卻可透過暫存器等級 (Register-level) 的程式設計作業，開發客制化的驅動程式。一旦編譯並下載 LabVIEW FPGA 應用至 R 系列系統之後，NI MHDDK 即提供主機應用的記錄功能 (Documentation)，以透過 PCI 或 PXI 匯流排介接 FPGA 的暫存器。

 

何謂 R 系列內建的處理功能？

LabVIEW FPGA Module 包含訊號處理面板，提供多種功能：

•        PID 控制

•        Butterworth 濾波器 (高通與低通)

•        Notch 濾波器

•        類比定期量測

•        DC 與 RMS 量測

使用者可於 LabVIEW 中輕鬆建置如數位訊號抖動消除 (Debounce) 濾波器，與 Watchdog 計時器的功能，並可至 LabVIEW FPGA IPNet 找到更多功能與範例。

 

R 系列介面卡可進行同步類比輸入/輸出嗎？

當然可以！所有多功能 R 系列介面卡的每個類比輸出/入通道，均具有專屬的類比數位轉換器 (ADC) 與數位類比轉換器，使其可同步或不同速率進行所有通道的取樣/更新。透過獨立的類比數位轉換器 (ADC)，以最高 750 kS/s 取樣率進行所有通道的取樣作業。並可進行獨立數位類比轉換器 (DAC) 的程式設計，透過最高 1 MS/s 的傳輸率更新類比輸出通道。

圖 1 中的 LabVIEW FPGA 程式區，即顯示可輕鬆於 R 系列 FPGA 中建置同步化的類比輸入/輸出。在相同的 While 迴路中，透過 LabVIEW FPGA Analog Input I/O Node 讀取 NI PCI-7833R 介面卡的 8 個通道，則該程式將同步以 200 kS/s 取樣所有 8 個通道。平行執行的 Lower loop 將使用 LabVIEW FPGA Analog Output I/O Node，並以 1 MS/s 傳輸率更新所有 8 個類比輸出通道。

 

圖 3. 包含 R 系列介面卡與 LabVIEW FPGA 的同步化類比輸入/輸出

 

LabVIEW FPGA 的其他功能為何？

針對客制化的硬體，LabVIEW FPGA 可解決多種特殊應用的挑戰。下列為 LabVIEW FPGA 與 R 系列所能建置的作業簡表：

• 訊號處理功能，如濾波器與快速傅利葉轉換 (FFT)
• 數位通訊協定
• 高速類比與離散式控制迴路
• 客制運動控制
• 類比與數位訊號產生

若需要 LabVIEW FPGA 功能與範例的詳細清單，請至 LabVIEW FPGA IPNet。