一文詳解LabVIEW RIO架構

NI嵌入式應用方法結合了LabVIEW系統設計軟件與可重配置的現成硬件。該架構基于四個組件： 處理器、可重配置FPGA、測量I/O硬件和LabVIEW。 硬件和軟件集成的平臺可以幫助您簡化諸多行業和應用的系統開發。 在本文檔的第5部分中，您可以找到教程和示例代碼，初步了解如何利用該架構。

1. LabVIEW RIO架構

LabVIEW RIO架構無縫集成了四個組件，為創新設計提供了高效的開發基礎： 處理器、用戶可編程FPGA、模塊化I/O以及用于架構各方面編程的完整軟件工具鏈。

圖1： LabVIEW RIO架構將處理器、用戶可編程FPGA、模塊化I/O接口和完整的軟件工具鏈相結合，為任何控制或監測應用提供了終極架構。

處理器

NI提供各種高性能嵌入式處理器，包括運行NI Linux實時操作系統的667 MHz雙核ARM Cortex-A9處理器以及運行NI Linux Real-Time或WES7 OS的1.9 GHz四核Intel Atom處理器。 您可以借助LabVIEW對Eclipse、Python或IEC 61131-3的集成支持，使用C/C ++編程這些處理器，或者使用直觀的LabVIEW圖形化數據流編程語言來完成常見任務，例如運行應用程序、操作數據集、處理信號、記錄數據以及與本地HMI連接。

FPGA

作為LabVIEW RIO架構的核心，可重配置FPGA可為處理器分擔重要或計算密集型任務，以極高的吞吐量確?？煽?、確定的執行。 FPGA直接連接到I/O，可執行高性能信號和圖像處理以及可定制的定時、觸發和同步功能。 通過將FPGA直接連接到I/O而無需通過總線，控制回路的延遲幾乎為零，從而提供了最先進控制算法所需的性能。 例如，使用FPGA，單個CompactRIO機箱可以以100 kHz的速率同時執行超過20個模擬比例積分微分（PID）控制回路。

基于LabVIEW RIO架構的NI硬件利用了來自Xilinx的最新FPGA技術和芯片組，從Artix和Virtex系列涵蓋到410T，集成了406，720個邏輯單元; 1，540個DSP片和28 MB的塊RAM。

模塊化I/O

I/O模塊包含內置隔離、轉換電路、信號調理以及與工業傳感器、執行器、照相機、電機、驅動器和工業通信協議（如PROFIBUS、PROFINET和EtherCAT）的直接連接。 NI提供超過100個C系列I/O模塊，通過模塊開發套件，您可以開發自定義模塊來滿足特定應用的需求。 如需了解有關C系列I/O模塊的更多信息， 請參閱基于高性能多功能控制器CompactRIO的模擬和數字I/O：？。

圖2： 從100多個C系列I/O模塊中進行選擇，直接與傳感器、電機、驅動器、執行器和工業通信協議連接。

2. 使用LabVIEW實現異構計算

您可以使用LabVIEW系統設計軟件對LabVIEW RIO架構的每個元素進行編程和自定義。 LabVIEW可支持C/C ++、Python、IEC 61131-3和G數據流等編程語言，因此您可以繼續利用現有的代碼和編程技能。 標準的軟件環境擁有一整套內置的數學和分析函數、信號和圖像處理算法以及網絡和I/O接口API。

NI Linux OS操作系統是一個開源的實時操作系統，可在嵌入式處理器上運行，提供可靠、確定的操作，并為數據記錄、數據傳輸機制以及自定義處理和分析提供一套完整的API。 使用LabVIEW FPGA模塊，您可以在直觀的圖形化編程環境中對嵌入式FPGA進行編程，而無需任何硬件描述語言（如VHDL或Verilog）知識。 通過一個由IP、附加工具、示例代碼和支持組成的社區，LabVIEW為基于LabVIEW RIO架構的嵌入式控制和監控系統的設計提供了完整的工具鏈。

3. 為您的應用選擇合適的硬件

NI提供了基于LabVIEW RIO架構的各種硬件終端，包括不同的尺寸、性能和價格，可滿足您獨特的應用需求。 您還可以利用一致的架構，在多個硬件上重復利用代碼，并使用同一個軟件完成從仿真和原型驗證到設計、驗證和部署等過程。

了解如何使用NI嵌入式系統將工作效率提高一倍。

4. 基于平臺進行創新，提高生產力，實現快速創新

NI平臺中的軟硬件集成為任何嵌入式控制或監測應用提供了完整的解決方案。

利用可自定義的現成平臺，無需從頭開始。

滿足嵌入式和物聯網應用中常見的計算、連接和控制需求。

通過靈活、擴展且現場可編程的產品滿足多變的需求

各種高質量的組成結構、價格和性能選項可供選擇

利用一致的軟件環境來編程系統的每個元素以及完成設計的各個解決。

5. LabVIEW和NI嵌入式硬件入門

您可以使用LabVIEW為能源、工業控制、生命科學和運輸等行業開發下一代控制和監測系統。 如果要開始使用LabVIEW和NI嵌入式硬件，請參考以下教程，了解應用開發的基本步驟：

使用LabVIEW Real-Time模塊采集和分析信號

使用LabVIEW Real-Time監測和記錄數據

使用LabVIEW FPGA進行信號處理，減少處理器的負擔

在FPGA、實時處理器和分布式系統之間進行通信