NICompactRIO平臺硬件介紹

1、Nl CompactRIO 可重新配置的控制和采集系統(tǒng)關(guān)鍵字：，概覽Nl CompactRIO是一種小巧而堅固的工業(yè)化控制與采集系統(tǒng)，利用可重新配置I/O ( RIO )FPGA技術(shù)實現(xiàn)超高性能和可自定義功能。NI CompactRIO包含一個實時處理器與可重新配置的FPGA芯片，適用于可靠的獨立嵌入式或分布式應(yīng)用系統(tǒng)；還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內(nèi)置可與傳感器/調(diào)節(jié)器直接連接的信號調(diào)理。CompactRIO 展示了一種支持開放訪問低層硬件資源的低成本架構(gòu)。CompactRIO 嵌入式系統(tǒng)可以使用高效的LabVIEW圖形化編程工具進(jìn)行快速開發(fā)。利用NI CompactRIO ，您可以快速建立嵌

2、入式控制與采集系統(tǒng)，而且該系統(tǒng)的工作性能和優(yōu)化特性可與專門定制設(shè)計的硬件電路相媲美。CompactRIO平臺包括帶有工業(yè)浮點處理器的cRIO-9OOx 和cRIO-9O1x 實時控制器，其中CRIO-9O1X 系列的4槽和8槽可重配置機(jī)箱具有 1百萬或3百萬門FPGA。該平臺 還包括新型cRIO-9O7x 系列一種集成的控制器與機(jī)箱。CompactRIO C系列模塊提供了各種類型的I/O，從犬0 mV熱電偶輸入到250VAC/VDC通用數(shù)字輸入。用戶可以使用LabVIEW、LabVIEW 實時模塊和 LabVIEW FPGA模塊開發(fā) CompactRIO 嵌入式系 統(tǒng)。CompactRIO可以

3、有三種配置嵌入式系統(tǒng)(包括 CompactRIO 集成控制器與機(jī)箱)、R系列擴(kuò)展系統(tǒng)和遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng)。CompactRIO 嵌入式系統(tǒng)CompactRIO嵌入式系統(tǒng)包含一個實時嵌入式處理器、帶有可編程FPGA的4或8槽可重新配置的機(jī)箱和熱插拔工業(yè)I/O模塊。這種低成本的嵌入式架構(gòu)支持開放訪冋低層的硬件資源，以快速開發(fā)定制的獨立或分布式控制與采集系統(tǒng)。CompactRIO R系列擴(kuò)展系統(tǒng)CompactRIO R系列擴(kuò)展系統(tǒng)使用同樣的熱插拔工業(yè)I/O模塊，為PCI或PXI/ CompactPCI R系列FPGA設(shè)備提供高性能的信號調(diào)理和工業(yè)擴(kuò)展I/O。該擴(kuò)展系統(tǒng)為各種應(yīng)用增加了自定義的測量功能，

4、如傳統(tǒng)的插入式數(shù)據(jù)采集、視覺、運動和模塊化儀器等應(yīng)用。CompactRIO 遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng)CompactRIO遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng)使用與其他 CompactRIO平臺相同的熱插拔I/O模塊，以實 現(xiàn)與Windows臺式機(jī)或筆記本電腦的高速接口。 嵌入式系統(tǒng)中的 90xx實時控制器為一個支 持高達(dá)50 MB/s數(shù)據(jù)傳輸速率的高速遠(yuǎn)程控制器所替代。低成本的開放式架構(gòu)CompactRIO采用低功耗實時嵌入式處理器，以及一組高性能的RIO FPGA芯片。RIO核心內(nèi)置數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)至傳輸嵌入式處理器以進(jìn)行實時分析、后續(xù)處理、數(shù)據(jù)記錄或者與聯(lián)網(wǎng)主機(jī)的通信。 利用LabVIEW FPGA的基本I/

5、O功能,CompactRIO支持對每個I/O 模塊的輸入/輸出電路的直接硬件訪問。所有I/O模塊均包含內(nèi)置的連接、信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換電路（如ADC或DAC）和一個可選配的隔離屏蔽。該設(shè)計展示了一種支持開放訪問低層硬件資源的低成本架構(gòu)。BNC或D-Sub連接器。通過每個CompactRIO I/O模塊都包含內(nèi)置的信號調(diào)理和螺旋接頭、在模塊中集成接線盒，大幅縮小了CompactRIO的尺寸，顯著降低了其現(xiàn)場連線成本?，F(xiàn)有多種類型的I/O可供使用，包括 拐0 mV熱電偶輸入、±10V同時采樣模擬輸入/輸出、高達(dá) 1A驅(qū)動電流的24V工業(yè)數(shù)字I/O、帶有供編碼器使用的 5V常規(guī)電源輸出的差分/T

6、TL數(shù)字 輸入和250Vrms的通用數(shù)字輸入。由于該模塊內(nèi)置有支持大電壓范圍或工業(yè)信號類型的信 號調(diào)理電路，通常情況下，您可以將CompactRIO模塊與您的傳感器/調(diào)節(jié)器直接相連。而且，您可以利用 CompactRIO I/O模塊開發(fā)工具集創(chuàng)建您自己的模塊。關(guān)于可用模塊的更新 信息，敬請訪問 實時處理器CompactRIO嵌入式系統(tǒng)特性在于其工業(yè)級的處理器以可靠和確定的方式執(zhí)行您的 LabVIEW 實時應(yīng)用。從數(shù)千種內(nèi)置的LabVIEW 函數(shù)中選擇合適的函數(shù)，您可以構(gòu)建面向?qū)崟r控制、分析、數(shù)據(jù)記錄和通信的多線程嵌入式系統(tǒng)?？刂破鬟€具有一個10/100 Mb/s以太網(wǎng)口，可用于跨網(wǎng)絡(luò)的通信編程

7、（包括電子郵件）和內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)（HTTP ）與文件（FTP）服務(wù)器。利用遠(yuǎn)程面板網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，您可以自動發(fā)布用于多客戶端遠(yuǎn)程監(jiān)控或控制的嵌入式應(yīng)用的圖形化用戶界面前面板。該實時處理器還包括了1130VDC的雙電源輸入、一個用戶DIP開關(guān)、LED狀態(tài)指示燈、一個實時時鐘、看門狗定時器和其他高可靠的特性?？芍匦屡渲玫臋C(jī)箱可重新配置的機(jī)箱是 Nl CompactRIO嵌入式系統(tǒng)的核心，包含RIO FPGA內(nèi)核。該用戶定義的RIO FPGA是對于您的控制邏輯、輸入 /輸出、定時、觸發(fā)和同步設(shè)計的一種利用定制硬件的實現(xiàn)。RIO FPGA芯片與I/O模塊以星型拓?fù)湎噙B接，從而可以訪問每個模塊以實現(xiàn) 精確控制并在

8、定時、觸發(fā)和同步等方面獲得極大的靈活性。通過本地PCI總線連接，實現(xiàn)了 RIO FPGA與實時處理器間的高性能接口。可重新配置的機(jī)箱采用了相同的金屬架構(gòu)，使得整個CompactRIO平臺同樣堅固。集成的控制器與機(jī)箱集成的配置將嵌入式實時控制器與包含有 FPGA的機(jī)箱組合在獨立的單元之中。這樣的配 置提供了模塊化控制器與機(jī)箱的所有功能特性， 并進(jìn)行了成本優(yōu)化以使得該系統(tǒng)非常適合大 容量的應(yīng)用?？芍匦屡渲玫腎/O （ RIO ）技術(shù)借助Nl RIO技術(shù)，您可以利用可重新配置的 FPGA芯片與LabVIEW圖形化開發(fā)工具定制 您自己的測量硬件電路?，F(xiàn)在您可以利用可重新配置的FPGA技術(shù)，自動合成高度

9、優(yōu)化的電子電路來執(zhí)行您的輸入/輸出、通信或控制應(yīng)用。in iPuw* (tdril2現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA ）FPGA設(shè)備憑借其性能、可重配置性、小尺寸和較低的工程開發(fā)成本等特性，為控制與采集 系統(tǒng)的廠商廣泛采用。由于電子設(shè)計工具的復(fù)雜性，基于FPGA的設(shè)備通常是由廠商而不是用戶來定義?，F(xiàn)今，您可以利用用戶可編程的FPGA構(gòu)建高度優(yōu)化的可重新配置的控制與采集系統(tǒng)，而不必了解專門的硬件設(shè)計語言，如VHDL。利用CompactRIO，您可以在硅片上設(shè)計定制您自己的具有 25 ns定時/觸發(fā)精度的控制或采集電路。« DOQOCOOOV aoQOQOOQ" OOQOOOOU 0

10、0000009 wod卑 OQO9H 仔a-Q -©000儀i -t:FPGA設(shè)備的特色在于一個帶有可配置的邏輯組塊（CLB ）陣列的可重新配置的數(shù)字架構(gòu)，該陣列被外圍I/O模塊所環(huán)繞。利用可編程的互連開關(guān)與接線路由，可以實現(xiàn)信號在FPGA矩陣內(nèi)的任意方式路由。CompactRIO提供4槽和8槽機(jī)箱，可選用1百萬或3百萬門FPGA -H- LJL心片。性能、尺寸與重量利用LabVIEW FPGA軟件與可重新配置的硬件技術(shù)，您可以利用CompactRIO構(gòu)建超高性能的控制與采集系統(tǒng)。FGPA電路是一種并行處理的、可重新配置的計算引擎，在芯片硅電 路上執(zhí)行您的LabVIEW 應(yīng)用程序。您

11、可以在硅片上設(shè)計定制您自己的具有25 ns定時/觸發(fā)精度的控制或采集電路。LabVIEW FPGA提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，可用于模擬閉環(huán)PID控制、5階FIR濾波器、一維查找表、線性插值、過零檢測和正弦波的直接數(shù)字合成。利用嵌入式RIO FPGA硬件，您可以實現(xiàn)超過 100 kS/s循環(huán)速率的多循環(huán)模擬 PID控制系 統(tǒng)。可以實現(xiàn)循環(huán)速率高達(dá) 1 MS/s的數(shù)字控制系統(tǒng)，并可以以 40 MHz（ 25 ns）周期速率 的單個while循環(huán)評估布爾邏輯的多個層次。 鑒于RIO核心的并行本質(zhì)，添加額外的計算并 不會必然降低FPGA應(yīng)用的執(zhí)行速率。尺寸與重量CompactRIO專為惡劣環(huán)境和較小空間的

12、應(yīng)用設(shè)計。對于許多類似的嵌入式應(yīng)用，尺寸、重 量和I/O通道密度均是關(guān)鍵的設(shè)計需求。利用FPGA設(shè)備的卓越性能和較小尺寸，CompactRIO能夠在一個緊湊、堅固的封裝中提供前所未有的控制與采集能力。4槽可重新配置的嵌入式系統(tǒng)尺寸為179.6*88.1*88.1 mm（ 7.07*3.47*3.47 英寸），重量僅為 1.58 kg（3.47 lb ）。對于布滿32通道I/O模塊的8槽系統(tǒng)，其通道重量密度為 9.7 g/ch（ 0.34 oz/ch）， 通道體積密度為 8.2 cm3/ch （ 0.50 in.3/ch）。尺寸(lit)1 79.6*36.1*33.1 mm< 7.07*

13、3.47*3.47in.5尺寸 &IS）274*98.19.1 mmC 10.79*3.47*3,+7 Ip.)SX,典型）1.58 kgC3.47 lb)2 48kgC 5 46 lb)通適審旱密度（3®道棋塊）30.71.37 oz/ch)通道佈粧甕度（aiijia塊）32.9 cm3fch( 2.01 in,3/ch)逋譴重（ 32適道複塊）97g/ch( 0.34 orfth )通道悻粧密厘（32通道檯塊）a.2cm3rch( o.50in 3/cri)超高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)認(rèn)證與評級CompactRIO是一種可重新配置的嵌入式系統(tǒng)，它組合了可靠、獨立的嵌入式功能與適合惡 劣工

14、業(yè)環(huán)境下操作的超高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)認(rèn)證與評級。模塊化CompactRIO系統(tǒng)適合-4070 C（-40158 T）的操作溫度范圍、能抵抗50 g沖擊并可以支持危險環(huán)境或存在爆炸危險的環(huán)境（Class l,Division 2 ）。大部分I/O模塊能夠抵抗高達(dá) 2300Vrms瞬態(tài)隔離電壓和 250 Vrms 持續(xù)隔離電壓。每個部件都通過了各種國際安全、電磁兼容性（EMC ）和環(huán)境認(rèn)證與評級。如欲查詢每個設(shè)備的工業(yè)認(rèn)證與其他技術(shù)文檔，敬請查閱操作指南手冊。請訪問以獲得更多信息。?-4070 C（ -40158 T）的操作溫度范圍 一一（模塊化系統(tǒng)）?-2050 C（ -4122 T）的操作溫度范圍 一一

15、（集成系統(tǒng)）? 高達(dá)2300 Vrms瞬態(tài)隔離電壓?50 g沖擊評級? 國際安全、EMC和環(huán)境認(rèn)證? 面向危險環(huán)境的 Class I,Division 2評級?1130VDC雙電源輸入、低功耗（典型功耗為 710W）模塊化系統(tǒng)?1930VDC單輸入輸入 一一集成系統(tǒng)CompactRIO R系列擴(kuò)展系統(tǒng)在此配置下，CompactRIO擴(kuò)展機(jī)箱可以被連接到PCI或PXI接口的R系列FPGA設(shè)備的數(shù)字端口。R系列設(shè)備可以安裝在任何運行Windows或LabVIEW 實時操作系統(tǒng)之一的臺式機(jī)或PXI計算機(jī)系統(tǒng)中。RIO FPGA位于R系列設(shè)備上，同時 CompactRIO將R系列設(shè)備上的單個數(shù)字端口轉(zhuǎn)

16、換為一個高性能的擴(kuò)展I/O與信號調(diào)理系統(tǒng)。Windows主機(jī)CPU或PXIRT控制器為模擬控制、分析或硬件在環(huán)（ HIL ）仿真提供高性能的處理能力。R系列RIO設(shè)備與CompactRIO機(jī)箱提供高速信號調(diào)理后的輸入、輸出、通信和控制能力，以及前所未 有的靈活性與優(yōu)化性能。DigitalR Series Expansion ChassisR系列擴(kuò)展機(jī)箱cRIO-9151 4槽R系列擴(kuò)展機(jī)箱直接連接到直接連到PXI-7831R、PXI-7811R或者PCI-7831R等PXI或PCI接口的R系列設(shè)備上。在這種配置情況下，F(xiàn)GPA位于R系列設(shè)備上，同時CompactRIO I/O模塊提供工業(yè)I/O

17、、隔離和信號調(diào)理功能。利用 PXI-7831R或PCI-7831R， 每一塊R系列設(shè)備都可以連接到 2個R系列擴(kuò)展機(jī)箱，即最多 8個I/O模塊上。利用PXI-7811R，每一塊R系列設(shè)備都可以連接到4個R系列擴(kuò)展機(jī)箱，即最多16個I/O模塊上。CompactRIO R系列擴(kuò)展系統(tǒng)的操作系統(tǒng)選項CompactRIO R系列擴(kuò)展系統(tǒng)可以與運行Windows或者LabVIEW 實時操作系統(tǒng)的臺式機(jī)或者PXI計算機(jī)系統(tǒng)配合使用。NI公司的LabVIEW Real-Time Module （7.1及以上版本）軟件支持將標(biāo)準(zhǔn)的臺式機(jī)作為LabVIEW實時目標(biāo)。需要更多實時配置平臺選型的信息，請訪 問網(wǎng)頁

18、CompactRIO遠(yuǎn)程高速接口系統(tǒng)在這種配置下，NI公司的cRIO-9052型高速遠(yuǎn)程控制器代替了CRIO-9OOX型實時控制器，提供了從任意的 NI CRIO-91OX可重新配置機(jī)箱到便攜式電腦、PXI系統(tǒng)或者PC機(jī)的高速接 口。利用NI cRIO-9052，工程師們可以從 CompactRIO機(jī)箱內(nèi)的FPGA獲得高達(dá)50MB/S的 接口速度。對于需要利用 CompactRIO中FPGA的靈活性并且要求與便攜式電腦或PC機(jī)高速接口的應(yīng)用而言，cRIO-9052是一個遠(yuǎn)程的、可重新配置的理想解決方案。用戶可以選擇使用CompactRIO高速遠(yuǎn)程系統(tǒng)連接到運行 LabVIEW Windows應(yīng)

19、用程序的便攜式電腦、PC 機(jī)或者PXI系統(tǒng)上，也可以連接到運行 LabVIEW Real-Time應(yīng)用程序的PC機(jī)或者PXI系 統(tǒng)上。LabVIEW Real-Time（ ETS）用于ETS的LabVIEW Real-Time提供種類最多的PXI機(jī)箱、控制器和內(nèi)插式模塊，用于數(shù) 據(jù)采集、機(jī)器視覺、運動控制、模塊化儀器以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（ CAN、GPIB、串行接口等）處建器RAM< 犬）PXI-8145 町2BSMHz PenliuimMMX128 MB, DRAMFXI-8175 RT806 MHz Pentium hi512MB.SDRAJV1PXI-617E 町1 2 GHz Penti

20、um III512 MB, SDRAMFXI-8186 RT2.2 GH2Pentiunn4-M1 G 生 DDR SDRAMPXI-6167 FtT25 GHzPentiurn4-M1 GB, DDR SDRAM實時控制應(yīng)用設(shè)計可重新配置的控制和采集系統(tǒng)通常包含四個主要部分：?用于輸入、輸出、通信和控制的RIO FPGA核心應(yīng)用程序?用于浮點控制、信號處理、分析和點對點決策的嚴(yán)格定時循環(huán)?用于嵌入式數(shù)據(jù)記錄、遠(yuǎn)程面板Web界面和以太網(wǎng)/串口通信的普通優(yōu)先級循環(huán)?用于遠(yuǎn)程圖形化用戶界面、歷史數(shù)據(jù)記錄及后續(xù)處理的網(wǎng)絡(luò)化主機(jī)電腦HOSt FC IIIIIIIIIUserInterface25Out

21、putNormal Priority Loop Commu nication.DUloggingl用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求來決定實現(xiàn)一個或所有的應(yīng)用部分。CompactRIO Real-TimeControllerTime Critical Loop |I=PGA只山訶皿謝LabVIEW FPGA Module軟件LabVIEW 和LabVIEW FPGA Module 軟件實現(xiàn)了對 NI RIO硬件上的FPGA芯片進(jìn)行圖形化 開發(fā)。利用LabVIEW FPGA Module軟件，用戶可以在運行 Windows系統(tǒng)的主機(jī)電腦上開發(fā) FPGA應(yīng)用程序，然后 LabVIEW 編譯并在硬件中實現(xiàn)代碼。使

22、用LabVIEW FPGA Module ，用戶可以在不了解硬件設(shè)計或VHDL的情況下定義個性化的I/O和控制硬件電路。對FPGA進(jìn)行圖形化編程使得 LabVIEW用戶合成自定義的測量電路，而且其工作性能和優(yōu)化特性可 與專門定制設(shè)計的硬件電路媲美。FPGA VIHost VI重要的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者工具LabVIEW FPGA Module、LabVIEW Real-Time Module 和用于 Windows 開發(fā)環(huán)境的 LabVIEW 為加速開發(fā)高級、可靠且性能高度優(yōu)化的可重新配置嵌入式系統(tǒng)提供了大量的工具和技術(shù)。嵌入式項目管理者? FPGA硬件目標(biāo)配置和自動模塊查找? CompactRI

23、O模塊和I/O通道別名管理? FPGA應(yīng)用程序flash存儲器下載和自動加載配置LabVIEW FPGA 開發(fā)環(huán)境?用于模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出和I/O屬性節(jié)點/方法節(jié)點的FPGA設(shè)備I/O?中斷(IRQ)生成和同步功能? 40MHz單個定時循環(huán)，以 25ns的時間間隔執(zhí)行代碼?利用while循環(huán)、順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、for循環(huán)和其他執(zhí)行控制結(jié)構(gòu)的并行處理? FPGA的FIFO數(shù)據(jù)緩存和存儲器讀/寫?使用40MHz FPGA時基的循環(huán)定時器/計數(shù)器(25ns定時脈沖、微秒或毫秒級分辨率)?布爾邏輯、比較、數(shù)值計算、飽和算數(shù)函數(shù)和逐位數(shù)據(jù)操作函數(shù)? HDL接口節(jié)點用于集成非 LabVIEW

24、 IP核?非線性系統(tǒng)和包括 PID和五階FIR濾波器的離散線性控制函數(shù)?一維查找表、線性插值、過零檢測和直接數(shù)字合成正弦波發(fā)生器LabVIEW實時開發(fā)環(huán)境?目標(biāo)配置選項，包含應(yīng)用程序啟動運行設(shè)置和開發(fā)、Web、遠(yuǎn)程面板和文件服務(wù)器訪問?開放的打開FPGA VI引用的函數(shù)用于有規(guī)劃的比特流下載、通信接口引用和程序啟動?利用FPGA產(chǎn)生中斷（IRQ ）的確定性實時 while循環(huán)線程同步? FPGA前面板控件/顯示器讀/寫傳輸?shù)臄?shù)據(jù)?用于整數(shù)到浮點數(shù)工程單元轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)縮放/映射函數(shù)?實時FIFO數(shù)據(jù)緩沖?定時時間循環(huán)結(jié)構(gòu)用于多速率確定性控制?浮點PID、定點特性描述、增益調(diào)度和速率限制器函數(shù)?模糊邏輯控制、連續(xù)和離散線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)及二維查找表函數(shù)?點對點信號生成、時域分析、頻域變換和譜分析、濾波器、統(tǒng)計、曲線擬合/插值、線性代數(shù)、矩陣/向量操作? SMTP E-mail、TCP/IP、UDP、IrDA、DataSocket 和 VISA RS232 串行編程性服務(wù)器 /客戶 端通信（包含802.11無線以太網(wǎng)）?二進(jìn)制和文本