Быстрое создание прототипа и воплощение его в готовой системе – вот преимущества CompactRIO и NI Sin

Чем раньше в процессе разработки вы определитесь с функциональным предназначением своего проекта, тем быстрее он выйдет на рынок. Использование программного обеспечения и оборудования в конечной системе, примененного ранее на этапе макетирования, позволяет исключить необходимость повторной разработки и создать более надежную встраиваемую систему.

Содержание

1. Архитектура реконфигурируемого ввода-вывода (NI RIO)
2. NI Single-Board RIO – многофункциональная платформа для сбора данных и создания встраиваемых систем управления
3. Быстрое внедрение встраиваемых систем при помощи LabVIEW
4. Модуль LabVIEW Real-Time
5. Модуль LabVIEW FPGA
6. Связующие драйвера
7. От создания прототипа к готовому изделию
8. Дополнительные сведения о CompactRIO
9. Дополнительные сведения о конфигурировании системы

Архитектура платформы реконфигурируемого ввода-вывода (NI RIO)

	[+] Enlarge Image

Рисунок 1. Архитектура NI RIO: быстрое создание прототипа и воплощение в готовом изделии.

Компания National Instruments предлагает широкий спектр готового оборудования с единой архитектурой реконфигурируемого ввода-вывода RIO. Во всех приборах есть процессор, способный решать задачи в режиме реального времени, программируемая вентильная матрица – FPGA и всевозможные интерфейсы: аналогового, цифрового ввода-вывода, управления движением и передачи данных по сети. Применение такой архитектуры совместно с графической средой NI LabVIEW позволяет ускорить процесс разработки и макетирования встраиваемых систем, систем промышленного мониторинга и управления на основе гибкого, высокопроизводительного оборудования. Возможность повторного использования кода и применение единой архитектуры гарантирует быстрый и экономически выгодный  переход от макета к готовой системе, а также минимальное время выхода системы на рынок.

"Встраиваемая система CompactRIO и среда графической разработки LabVIEW помогли разработать, смакетировать и внедрить систему управления в наше медицинское оборудование Visica2 гораздо быстрее. Таким образом удалось сократить время выхода продукции на рынок и сэкономить денежные средства, одновременно исключая необходимость в разработке собственной системы. Архитектура RIO и самое современное недорогое оборудование дали нам возможность внедрять наше оборудование в большом количестве, исключая необходимость в переработке программного обеспечения. Теперь,  у нас не будет возникать проблем связанных с созданием проектов с чистого листа ".

Джефф Стивенс (Jeff Stevens), ведущий системный инженер компании Sanarus Medical

 NI Single-Board RIO – многофункциональная платформа для сбора данных и создания встраиваемых систем управления

Новое встраиваемое оборудование NI Single-Board RIO расширяет  возможности семейства NI RIO, позволяя создавать встраиваемые системы на уровне одной печатной платы. Как и раньше, используя стандартную архитектуру NI RIO совместно с ПО LabVIEW, вы сможете быстро разработать прототип вашей системы на базе гибкой и модульной платформы CompactRIO и быстро воплотить ее в недорогом встраиваемом NI Single-Board RIO. Вам больше не потребуется модификация программного кода при переходе от создания прототипов к внедрению законченных систем, что позволит снизить время выхода продукции на рынок и повысить надежность вашей встраиваемой системы. Приведем основные характеристики NI Single-Board RIO:

• Одноплатный компьютер для создания встраиваемых систем управления и сбора данных
• Среда графического программирования LabVIEW и библиотека драйверов для увеличения скорости разработки
• Встроенный процессор реального времени для надежной, автономной работы и обработки сигналов
• Встроенная реконфигурируемая ПЛИС для тактирования и обработки сигналов
• Встроенные каналы аналогового и цифрового ввода-вывода
• Недорогая архитектура NI RIO для разработки одноплатных встраиваемых систем

 

LabVIEW:

1)      Среда графического программирования для быстрой  разработки

2)      Программирование процессора, FPGA и каналов ввода-вывода в одной среде.

3)      Возможность интегрирования программного кода написанного в  C/VHDL

Сетевые возможности/периферия. Порт Ethernet 10/100 МБит, последовательный порт RS232.

Процессор реального времени: Тактовая частота 400 МГц для операций с плавающей запятой, анализа и регистрации данных.

Реконфигурируемая FPGA: для тактирования и обработки сигналов.

Компактность, низкая мощность потребления: 21х9 см, напряжение питания от 19 до 30 В  постоянного тока (обычно 7-10 Вт).

Дополнительные разъемы ввода-вывода: возможность подключения до  трех модулей С серии  для ввода/вывода сигналов, (сигналы с тензомостов, термопар, управление движением и передача  данных).

Встроенные линии аналогового и цифрового ввода-вывода: 110 цифровых линий ввода-вывода, до 32-х каналов аналогового ввода, до 4 каналов аналогового вывода, до 32-х каналов ввода или вывода цифровых сигналов в диапазоне  до 24 В.

 

Рисунок 2. В NI Single-Board RIO на одной плате размещаются процессор, ПЛИС и аналоговые и цифровые каналы ввода-вывода, которые программируются средствами графической среды LabVIEW

В каждом NI Single-Board RIO на одной плате реализованы линии аналогового и цифрового ввода-вывода, процессор реального времени и высокопроизводительная ПЛИС. Как и во всех устройствах семейства NI RIO, непосредственное подключение линий ввода-вывода к ПЛИС обеспечивает возможность низкоуровневой настройки тактирования и обработки сигналов. Между ПЛИС и встраиваемым процессором реального времени сигналы передаются по высокоскоростной шине PCI. ПО LabVIEW обеспечивает автоматическую передачу данных с линий ввода-вывода на ПЛИС и на процессор для быстрого решения задач обработки данных в реальном времени, регистрации сигналов и передачи их по сети.

На основе CompactRIO под управлением LabVIEW мы в кратчайшие сроки разработали прототип для нашей системы FedEx, а потом создали готовое решение на основе NI Single-Board RIO. На всю работу ушло меньше года. Использование оборудования NI для быстрого макетирования и создания готовой системы стало ключевым фактором. Уверены, что без использования оборудования NI, мы никогда бы не смогли уложиться в столь жесткие сроки.

Джереми Сноу (Jeremy Snow),Президент  – Ventura Aerospace “

 Быстрое внедрение встраиваемых систем при помощи  LabVIEW

При помощи среды графической разработки LabVIEW, вы можете программировать процессор реального времени, реконфигурируемую ПЛИС и линии ввода-вывода вашей встраиваемой системы для управления, мониторинга, обработки сигналов, регистрации данных - все в одном проекте на LabVIEW. Применяя специализированные модули, вы можете программировать процессор реального времени (LabVIEW Real-Time) и ПЛИС (LabVIEW FPGA). Библиотека связующих драйверов позволяет без проблем интегрировать в единое целое все компоненты встраиваемой системы: интерфейсы аналогового и цифрового ввода-вывода, ПЛИС, процессор, периферийные устройства и память.

Рисунок 3.  Программирование процессора, ПЛИС и линий ввода-вывода в проекте LabVIEW

  Модуль LabVIEW Real-Time

Встраиваемый процессор реального времени программируется при помощи модуля LabVIEW Real-Time, в состав которого входят функциональные блоки для проведения вычислений с плавающей запятой в задачах управления, обработки, анализа, сохранения и передачи данных. Модуль LabVIEW Real-Time обладает следующими особенностями:

• Технология совместно-используемых переменных для простой сетевой передачи данных между компонентами распределенной встраиваемой системы реального времени
• Детерминированная программная синхронизация с микросекундным разрешением
• Более 600 встроенных функций для операций с плавающей запятой для решения задач управления и обработки данных
• Возможность интеграции кода, написанного на  С/С++
• Инструменты системной репликации, предназначенные для дублирования штатных систем и их быстрого внедрения

 Модуль LabVIEW FPGA

Теперь вы сможете быстро программировать реконфигурируемую ПЛИС в своей системе на базе NI RIO при помощи  LabVIEW FPGA, специализированного программного модуля, предназначенного для конфигурирования ПЛИС. Модуль позволяет решать задачи высокоскоростного управления, тактирования данных и обработки сигналов. В состав модуля LabVIEW FPGA входят следующие компоненты:

• Узел CLIP (Component-level IP) для простой интеграции кода, написанного на HDL
• FPGA Wizard  - для быстрого программирования ПЛИС и систем реального времени 
• FPGA Project Wizard -  для быстрого освоения технологии программирования ПЛИС в LabVIEW
• LabVIEW Statechart Module - для реализации конечных автоматов и решения задач управления на ПЛИС
•  Программные средства моделирования и отладки систем на ПЛИС
•  Функциональные блоки для следующих операций на ПЛИС:
• • Быстрое преобразование Фурье
  • Многоканальное ПИД регулирование
  • Генерация сигналов
  • Реализация полосовых фильтров
  • Полный перечень функций и блоков интеллектуальной собственности (IP) приведен в  IPNet.

 Связующие драйвера

Заметную часть времени при разработке встраиваемых систем занимает создание, отладка и верификация драйверов, необходимых для интегрирования всех аппаратных компонентов встраиваемой системы. Обычно, интеграция ложится на плечи пользователя и значительно усложняет и увеличивает по времени процесс разработки.

Библиотека связующих драйверов от NI значительно превосходит по производительности и простоте применения стандартные драйвера, которые обычно предлагаются производителями одноплатных компьютеров и встраиваемых систем. Драйвера и утилиты настройки обязательно входят в комплект поставки каждого прибора, который поддерживается платформами NI RIO. Приведем основные функциональные характеристики связующих драйверов компании NI:

• Встроенные функции для реализации интерфейса между аналоговыми, цифровыми линиями ввода-вывода, сетевыми протоколами  и ПЛИС
• Функции обмена данными между ПЛИС и процессором
• Методы, обеспечивающие работу ПЛИС и процессора с памятью
• Функции подключения внешних интерфейсов к процессору (последовательный порт RS232, Ethernet)
• Многопоточные драйвера для создания высокопроизводительных приложений.

 От создания прототипа к готовому изделию

Платформа RIO в самых разнообразных форм-факторах обеспечивает разработчика широким спектром возможностей для создания прототипов и внедрения готовых систем. Интегрированные системы CompactRIO и NI Single-Board RIO лучше всего подходят для многоканальных встраиваемых систем. Как и при использовании других одноплатных устройств, необходимо убедиться, что система на основе NI Single-Board RIO удовлетворяет стандартным требованиям, например, по электромагнитной совместимости (EMC) и обеспечивает необходимо низкий уровень рассеиваемого тепла. Готовые коммерческие системы CompactRIO обеспечивают выполнение этих стандартных требований. Для выбора системы на базе NI RIO, максимально соответствующей вашим требованиям, воспользуйтесь следующей таблицей: 

 

Таблица 1. Сравнение характеристик оборудования NI RIO