|
今年11月，美國國家儀器公司（National Instruments，簡(jiǎn)稱(chēng)NI）在上海舉辦了第15屆NIDays活動(dòng)。今年的NIDays活動(dòng)的主題是“圖形有邊，系統無(wú)界”，英文原文是“All systems. Go”。本人以為，英文原文更容易理解，直譯過(guò)來(lái)就是：所有的系統們，走起。把句子寫(xiě)全了，它的意思便是：所有的信息物理系統，在NI的圖形化系統設計平臺上起飛吧。 要完全理解這句話(huà)的含義，我們需要仔細審視其中提到的三個(gè)概念：信息物理系統、平臺和圖形化系統設計。 信息物理系統 要了解NI的規劃有多么宏大，首先我們要了解什么是信息物理系統。NI東亞地區副總裁Ajit Gokhale先生在今年的NIDays主題演講中說(shuō)，我們生活在一個(gè)可編程的世界，這個(gè)世界中充滿(mǎn)了傳感、網(wǎng)絡(luò )和連接，這在學(xué)術(shù)界稱(chēng)作信息物理系統。 信息物理系統（Cyber Physical System – CPS）的概念源于美國。從2006年末開(kāi)始，美國國家科學(xué)基金會(huì )和其他聯(lián)邦機構便贊助了一些CPS的研討會(huì )。2007年7月，美國總統科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì )將CPS列為將來(lái)的關(guān)鍵信息技術(shù)之首。至今，CPS的概念逐漸清晰。 CPS是集計算、通信與控制于一體的下一代智能系統，它包含了將來(lái)無(wú)處不在的環(huán)境感知、嵌入式計算、網(wǎng)絡(luò )通信和網(wǎng)絡(luò )控制等系統工程。有學(xué)者認為，CPS還應具備遠程協(xié)作和自治功能。 工信部《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規劃》中稱(chēng)，物聯(lián)網(wǎng)是我國戰略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。而信息物理系統超越了物聯(lián)網(wǎng)的范疇，其影響更深遠、挑戰更艱巨。 
圖1：計算、通信和控制在信息物理系統中同等重要 我們現在已經(jīng)看到了一些初級的CPS，如物聯(lián)網(wǎng)概念中的智能建筑、能源領(lǐng)域的智能電網(wǎng)、交通領(lǐng)域的智能高鐵網(wǎng)絡(luò )。NI東亞區市場(chǎng)總監朱君女士說(shuō)，CPS的出現對中國來(lái)說(shuō)是一個(gè)好機會(huì )；中國可以借助它在一些領(lǐng)域實(shí)現跳躍式的發(fā)展，而不必完全重復西方的工業(yè)化歷程。比如中國大規模的高鐵建設中，CPS可以讓國產(chǎn)高鐵與以往的高鐵相比實(shí)現一個(gè)質(zhì)的飛躍。 盡管CPS前景無(wú)限，但開(kāi)發(fā)CPS并非易事。這些挑戰很大程度上來(lái)自控制與計算之間的差異和差距。在CPS中，通信、計算和控制三個(gè)要素同等重要。自信息技術(shù)革命以來(lái)，計算機技術(shù)和通信技術(shù)獲得了長(cháng)足發(fā)展，相比之下，實(shí)時(shí)、分布式的智能控制技術(shù)對于很多IT業(yè)者來(lái)說(shuō)卻比較陌生。感知和控制是信息物理系統中的重要組成部分和開(kāi)發(fā)難點(diǎn)。 平臺的重要性 平臺是個(gè)通用的概念。任何事物都需要平臺的支撐。萬(wàn)丈高樓平地起，堅實(shí)的基礎是不可或缺的。艦載機是攻擊的利器，但需要航母作為起飛的平臺。平臺的作用就是支撐上層應用，使它們得以更容易地實(shí)現。 在PC計算領(lǐng)域，Windows操作系統+Intel x86處理器是主流平臺。在移動(dòng)計算領(lǐng)域，Android操作系統+ARM處理器是一個(gè)重要的開(kāi)放平臺。無(wú)數的應用在這些平臺的基礎上得以開(kāi)發(fā)。平臺為開(kāi)發(fā)人員節省了大量的時(shí)間和精力。 在通信領(lǐng)域，HTTP/HTML+計算機（筆記本、臺式電腦、服務(wù)器、嵌入式電腦）是基礎平臺。在此基礎上，我們實(shí)現了新聞、銀行、視頻、音樂(lè )、購物等各種便利的服務(wù)。 在信息物理系統領(lǐng)域，我們同樣也需要一個(gè)平臺，讓它來(lái)作為我們開(kāi)發(fā)、創(chuàng )新工作的起點(diǎn)。為此，NI提供了一個(gè)圖形化系統設計平臺，其具體組成是LabVIEW軟件+模塊化硬件。 LabVIEW + RIO架構 數十年來(lái)，NI一直致力于LabVIEW系統設計軟件的完善，不斷增加對新技術(shù)的支持。今年最新發(fā)布的LabVIEW 2013又增加了一些新特性，包括代碼管理、工具包網(wǎng)絡(luò )、部署技術(shù)的增強、移動(dòng)與網(wǎng)絡(luò )應用及一些新的資源等。這個(gè)逐漸完善的圖形化系統設計工具是NI開(kāi)發(fā)平臺的主體。
圖2：NI LabVIEW系統設計軟件的演進(jìn) 在硬件上，NI也在不斷融合最新技術(shù)，如總線(xiàn)技術(shù)、處理器技術(shù)、FPGA技術(shù)和轉換器技術(shù)，通過(guò)與Intel、Xilinx以及Analog Devices等領(lǐng)先的技術(shù)供應商合作,提供靈活、開(kāi)放而且可自定義的高性能嵌入式系統。特別是RIO（可重配置I/O）模塊，它與LabVIEW組成了圖形化系統設計開(kāi)發(fā)平臺的骨干。
圖3：NI LabVIEW+RIO架構組成了系統開(kāi)發(fā)的軟硬件平臺 LabVIEW + RIO架構結合了處理器、FPGA和模塊化I/O，而這三者都可以通過(guò)LabVIEW來(lái)編程。今年，NI發(fā)布了一系列基于LabVIEW + RIO架構的新產(chǎn)品，其中的重磅產(chǎn)品是cRIO-9068軟件定制的控制器。該產(chǎn)品采用了基于A(yíng)RM架構的全新 Xilinx完全可編程SoC片上系統 - Zynq。NI cRIO-9068圍繞Zynq進(jìn)行了重新設計，使之成為有史以來(lái)最開(kāi)放的嵌入式模塊。該模塊支持Linux RT系統，并能夠通過(guò)C語(yǔ)言文本編程來(lái)對NI CompactRIO進(jìn)行開(kāi)發(fā)和部署。
圖4：NI RIO模塊中FPGA技術(shù)的演進(jìn) NI東亞區市場(chǎng)經(jīng)理湯敏女士說(shuō)，NI與Xilinx保持了十多年的合作，共推出了60多款RIO產(chǎn)品。此次推出的cRIO-9068軟件定制的控制器中的Zynq SoC搭載677MHz的雙核ARM Cortex-A9處理器和Artix-7 FPGA，比前代產(chǎn)品性能提升了4倍。尤其是，它強化了軟件的開(kāi)放性、定制性，使C和C++編程人員可以為系統加入定制功能。NI針對Zynq重寫(xiě)了cRIO-9068的驅動(dòng)程序，增加了對eclipse編譯器的支持�；贜I Linux實(shí)時(shí)操作系統，cRIO-9068強化了對嵌入式系統的實(shí)時(shí)控制，而實(shí)時(shí)控制正是下一代信息物理系統與常規信息系統的重要差別，也是信息物理系統的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)。 結語(yǔ) 信息物理系統，或者編程世界，或廣義物聯(lián)網(wǎng)，或其他別的稱(chēng)謂，總之我們正在向一個(gè)更智能的世界邁進(jìn)。正如IT行業(yè)得益于統一的平臺那樣，一個(gè)好的平臺會(huì )簡(jiǎn)化、加速下一代信息物理系統的研發(fā)。從用戶(hù)的角度來(lái)看，平臺是好的；有了一個(gè)現成的、堅實(shí)的平臺，他們就不必從底層做起，因而節省大量的時(shí)間和費用。從供應商的角度看，如果一家廠(chǎng)商提供的平臺能夠成為通用的平臺，那么它的成功是無(wú)法限量的。 “All systems. Go”是一句氣勢如虹的口號。鑒于NI數十年矢志LabVIEW研發(fā)完善之精神，其成為下一代主流平臺也是情理所至。 |
