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概覽 NI CompactRIO是一種小巧而堅固的工業(yè)化控制與采集系統，利用可重新配置I/O（RIO）FPGA技術(shù)實(shí)現超高性能和可自定義功能。NI CompactRIO包含一個(gè)實(shí)時(shí)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用系統；還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內置可與傳感器/調節器直接連接的信號調理。CompactRIO展示了一種支持開(kāi)放訪(fǎng)問(wèn)低層硬件資源的低成本架構。CompactRIO嵌入式系統可以使用高效的 LabVIEW圖形化編程工具進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)。利用NI CompactRIO，您可以快速建立嵌入式控制與采集系統，而且該系統的工作性能和優(yōu)化特性可與專(zhuān)門(mén)定制設計的硬件電路相媲美。 CompactRIO平臺包括帶有工業(yè)浮點(diǎn)處理器的cRIO-900x和cRIO-901x實(shí)時(shí)控制器，其中cRIO-901x系列的4槽和8槽可重配置機箱具有1百萬(wàn)或3百萬(wàn)門(mén)FPGA。該平臺還包括新型cRIO-907x系列——一種集成的控制器與機箱。CompactRIO C系列模塊提供了各種類(lèi)型的I/O，從±80 mV熱電偶輸入到250VAC/VDC通用數字輸入。用戶(hù)可以使用LabVIEW、LabVIEW實(shí)時(shí)模塊和LabVIEW FPGA模塊開(kāi)發(fā)CompactRIO嵌入式系統。CompactRIO可以有三種配置——嵌入式系統（包括CompactRIO集成控制器與機箱）、R 系列擴展系統和遠程高速接口系統。 CompactRIO嵌入式系統 CompactRIO嵌入式系統包含一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入式處理器、帶有可編程FPGA的4或8槽可重新配置的機箱和熱插拔工業(yè)I/O模塊。這種低成本的嵌入式架構支持開(kāi)放訪(fǎng)問(wèn)低層的硬件資源，以快速開(kāi)發(fā)定制的獨立或分布式控制與采集系統。 
CompactRIO R系列擴展系統 CompactRIO R系列擴展系統使用同樣的熱插拔工業(yè)I/O模塊，為PCI或PXI/ CompactPCI R系列FPGA設備提供高性能的信號調理和工業(yè)擴展I/O。該擴展系統為各種應用增加了自定義的測量功能，如傳統的插入式數據采集、視覺(jué)、運動(dòng)和模塊化儀器等應用。
CompactRIO遠程高速接口系統 CompactRIO遠程高速接口系統使用與其他CompactRIO平臺相同的熱插拔I/O模塊，以實(shí)現與Windows臺式機或筆記本電腦的高速接口。嵌入式系統中的90xx實(shí)時(shí)控制器為一個(gè)支持高達50 MB/s數據傳輸速率的高速遠程控制器所替代。
低成本的開(kāi)放式架構 CompactRIO采用低功耗實(shí)時(shí)嵌入式處理器，以及一組高性能的RIO FPGA芯片。RIO核心內置數據傳輸機制，負責將數據至傳輸嵌入式處理器以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、后續處理、數據記錄或者與聯(lián)網(wǎng)主機的通信。利用LabVIEW FPGA的基本I/O功能，CompactRIO支持對每個(gè)I/O模塊的輸入/輸出電路的直接硬件訪(fǎng)問(wèn)。所有I/O模塊均包含內置的連接、信號調理、轉換電路（如ADC或DAC）和一個(gè)可選配的隔離屏蔽。該設計展示了一種支持開(kāi)放訪(fǎng)問(wèn)低層硬件資源的低成本架構。
I/O模塊 每個(gè)CompactRIO I/O模塊都包含內置的信號調理和螺旋接頭、BNC或D-Sub連接器。通過(guò)在模塊中集成接線(xiàn)盒，大幅縮小了CompactRIO的尺寸，顯著(zhù)降低了其現場(chǎng)連線(xiàn)成本�，F有多種類(lèi)型的I/O可供使用，包括±80 mV熱電偶輸入、±10V同時(shí)采樣模擬輸入/輸出、高達1A驅動(dòng)電流的24V工業(yè)數字I/O、帶有供編碼器使用的5V常規電源輸出的差分/TTL數字輸入和250Vrms的通用數字輸入。由于該模塊內置有支持大電壓范圍或工業(yè)信號類(lèi)型的信號調理電路，通常情況下，您可以將CompactRIO模塊與您的傳感器/調節器直接相連。而且，您可以利用CompactRIO I/O模塊開(kāi)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(fǎng)問(wèn)ni.com/compactrio。
實(shí)時(shí)處理器 CompactRIO嵌入式系統特性在于其工業(yè)級的處理器以可靠和確定的方式執行您的LabVIEW實(shí)時(shí)應用。從數千種內置的LabVIEW函數中選擇合適的函數，您可以構建面向實(shí)時(shí)控制、分析、數據記錄和通信的多線(xiàn)程嵌入式系統�？刂破鬟�具有一個(gè)10/100 Mb/s以太網(wǎng)口，可用于跨網(wǎng)絡(luò )的通信編程（包括電子郵件）和內置網(wǎng)絡(luò )（HTTP）與文件（FTP）服務(wù)器。利用遠程面板網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，您可以自動(dòng)發(fā)布用于多客戶(hù)端遠程監控或控制的嵌入式應用的圖形化用戶(hù)界面前面板。該實(shí)時(shí)處理器還包括了11~30VDC的雙電源輸入、一個(gè)用戶(hù)DIP開(kāi)關(guān)、LED狀態(tài)指示燈、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門(mén)狗定時(shí)器和其他高可靠的特性。
可重新配置的機箱 可重新配置的機箱是NI CompactRIO嵌入式系統的核心，包含RIO FPGA內核。該用戶(hù)定義的RIO FPGA是對于您的控制邏輯、輸入/輸出、定時(shí)、觸發(fā)和同步設計的一種利用定制硬件的實(shí)現。RIO FPGA芯片與I/O模塊以星型拓撲相連接，從而可以訪(fǎng)問(wèn)每個(gè)模塊以實(shí)現精確控制并在定時(shí)、觸發(fā)和同步等方面獲得極大的靈活性。通過(guò)本地PCI總線(xiàn)連接，實(shí)現了RIO FPGA與實(shí)時(shí)處理器間的高性能接口�？芍匦屡渲玫臋C箱采用了相同的金屬架構，使得整個(gè)CompactRIO平臺同樣堅固。
集成的控制器與機箱 集成的配置將嵌入式實(shí)時(shí)控制器與包含有FPGA的機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箱的所有功能特性，并進(jìn)行了成本優(yōu)化以使得該系統非常適合大容量的應用。
可重新配置的I/O（RIO）技術(shù) 借助NI RIO技術(shù)，您可以利用可重新配置的FPGA芯片與LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)工具定制您自己的測量硬件電路�，F在您可以利用可重新配置的FPGA技術(shù)，自動(dòng)合成高度優(yōu)化的電子電路來(lái)執行您的輸入/輸出、通信或控制應用。
現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA） FPGA設備憑借其性能、可重配置性、小尺寸和較低的工程開(kāi)發(fā)成本等特性，為控制與采集系統的廠(chǎng)商廣泛采用。由于電子設計工具的復雜性，基于 FPGA的設備通常是由廠(chǎng)商而不是用戶(hù)來(lái)定義�，F今，您可以利用用戶(hù)可編程的FPGA構建高度優(yōu)化的可重新配置的控制與采集系統，而不必了解專(zhuān)門(mén)的硬件設計語(yǔ)言，如VHDL。利用CompactRIO，您可以在硅片上設計定制您自己的具有25 ns定時(shí)/觸發(fā)精度的控制或采集電路。
FPGA設備的特色在于一個(gè)帶有可配置的邏輯組塊（CLB）陣列的可重新配置的數字架構，該陣列被外圍I/O模塊所環(huán)繞。利用可編程的互連開(kāi)關(guān)與接線(xiàn)路由，可以實(shí)現信號在FPGA矩陣內的任意方式路由。CompactRIO提供4槽和8槽機箱，可選用1百萬(wàn)或3百萬(wàn)門(mén)FPGA芯片。 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構建超高性能的控制與采集系統。FGPA電路是一種并行處理的、可重新配置的計算引擎，在芯片硅電路上執行您的LabVIEW應用程序。您可以在硅片上設計定制您自己的具有25 ns定時(shí)/觸發(fā)精度的控制或采集電路。LabVIEW FPGA提供了大量的內置函數，可用于模擬閉環(huán)PID控制、5階FIR濾波器、一維查找表、線(xiàn)性插值、過(guò)零檢測和正弦波的直接數字合成。
利用嵌入式RIO FPGA硬件，您可以實(shí)現超過(guò)100 kS/s循環(huán)速率的多循環(huán)模擬PID控制系統�？梢詫�(shí)現循環(huán)速率高達1 MS/s的數字控制系統，并可以以40 MHz（25 ns）周期速率的單個(gè)while循環(huán)評估布爾邏輯的多個(gè)層次。鑒于RIO核心的并行本質(zhì)，添加額外的計算并不會(huì )必然降低FPGA應用的執行速率。
尺寸與重量 CompactRIO專(zhuān)為惡劣環(huán)境和較小空間的應用設計。對于許多類(lèi)似的嵌入式應用，尺寸、重量和I/O通道密度均是關(guān)鍵的設計需求。利用FPGA 設備的卓越性能和較小尺寸，CompactRIO能夠在一個(gè)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尺寸為 179.6*88.1*88.1 mm（7.07*3.47*3.47 英寸），重量?jì)H為1.58 kg（3.47 lb）。對于布滿(mǎn)32通道I/O模塊的8槽系統，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）。
超高標準工業(yè)認證與評級 CompactRIO是一種可重新配置的嵌入式系統，它組合了可靠、獨立的嵌入式功能與適合惡劣工業(yè)環(huán)境下操作的超高標準工業(yè)認證與評級。模塊化 CompactRIO系統適合-40~70℃（-40~158 ℉）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 I,Division 2）。大部分I/O模塊能夠抵抗高達2300Vrms瞬態(tài)隔離電壓和250 Vrms持續隔離電壓。每個(gè)部件都通過(guò)了各種國際安全、電磁兼容性（EMC）和環(huán)境認證與評級。如欲查詢(xún)每個(gè)設備的工業(yè)認證與其他技術(shù)文檔，敬請查閱操作指南手冊。請訪(fǎng)問(wèn)http://sine.ni.com/manuals/main/p/sn/n23:1.4796以獲得更多信息。 Ø -40~70℃（-40~158 ℉）的操作溫度范圍——（模塊化系統） Ø -20~50℃（-4~122 ℉）的操作溫度范圍——（集成系統） Ø 高達2300 Vrms瞬態(tài)隔離電壓 Ø 50 g沖擊評級 Ø 國際安全、EMC和環(huán)境認證 Ø 面向危險環(huán)境的Class I,Division 2評級 Ø 11~30VDC雙電源輸入、低功耗（典型功耗為7~10W）——模塊化系統 Ø 19~30VDC單輸入輸入——集成系統 CompactRIO R系列擴展系統 在此配置下，CompactRIO擴展機箱可以被連接到PCI或PXI接口的R系列FPGA設備的數字端口。R系列設備可以安裝在任何運行 Windows或LabVIEW實(shí)時(shí)操作系統之一的臺式機或PXI計算機系統中。RIO FPGA位于R系列設備上，同時(shí)CompactRIO將R系列設備上的單個(gè)數字端口轉換為一個(gè)高性能的擴展I/O與信號調理系統。Windows主機 CPU或PXI RT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設備與CompactRIO機箱提供高速信號調理后的輸入、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。
R系列擴展機箱 cRIO-9151 4槽R系列擴展機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系列設備上。在這種配置情況下，FGPA位于R系列設備上，同時(shí)CompactRIO I/O模塊提供工業(yè)I/O、隔離和信號調理功能。利用PXI-7831R或PCI-7831R，每一塊R系列設備都可以連接到2個(gè)R系列擴展機箱，即最多 8個(gè)I/O模塊上。利用PXI-7811R，每一塊R系列設備都可以連接到4個(gè)R系列擴展機箱，即最多16個(gè)I/O模塊上。
CompactRIO R系列擴展系統的操作系統選項 CompactRIO R系列擴展系統可以與運行Windows或者LabVIEW實(shí)時(shí)操作系統的臺式機或者PXI計算機系統配合使用。NI公司的LabVIEW Real-Time Module（7.1及以上版本）軟件支持將標準的臺式機作為L(cháng)abVIEW實(shí)時(shí)目標。需要更多實(shí)時(shí)配置平臺選型的信息，請訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)頁(yè)ni.com/realtime。 CompactRIO遠程高速接口系統 在這種配置下，NI公司的cRIO-9052型高速遠程控制器代替了cRIO-900x型實(shí)時(shí)控制器，提供了從任意的NI cRIO-910x可重新配置機箱到便攜式電腦、PXI系統或者PC機的高速接口。利用NI cRIO-9052，工程師們可以從CompactRIO機箱內的FPGA獲得高達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機高速接口的應用而言，cRIO-9052是一個(gè)遠程的、可重新配置的理想解決方案。用戶(hù)可以選擇使用 CompactRIO高速遠程系統連接到運行LabVIEW Windows應用程序的便攜式電腦、PC機或者PXI系統上，也可以連接到運行LabVIEW Real-Time應用程序的PC機或者PXI系統上。 LabVIEW Real-Time（ETS） 用于ETS的LabVIEW Real-Time提供種類(lèi)最多的PXI機箱、控制器和內插式模塊，用于數據采集、機器視覺(jué)、運動(dòng)控制、模塊化儀器以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò )（CAN、GPIB、串行接口等）。
實(shí)時(shí)控制應用設計 可重新配置的控制和采集系統通常包含四個(gè)主要部分： • 用于輸入、輸出、通信和控制的RIO FPGA核心應用程序 • 用于浮點(diǎn)控制、信號處理、分析和點(diǎn)對點(diǎn)決策的嚴格定時(shí)循環(huán) • 用于嵌入式數據記錄、遠程面板Web界面和以太網(wǎng)/串口通信的普通優(yōu)先級循環(huán) • 用于遠程圖形化用戶(hù)界面、歷史數據記錄及后續處理的網(wǎng)絡(luò )化主機電腦 用戶(hù)可以根據應用需求來(lái)決定實(shí)現一個(gè)或所有的應用部分。
LabVIEW FPGA Module軟件 LabVIEW和LabVIEW FPGA Module軟件實(shí)現了對NI RIO硬件上的FPGA芯片進(jìn)行圖形化開(kāi)發(fā)。利用LabVIEW FPGA Module軟件，用戶(hù)可以在運行Windows系統的主機電腦上開(kāi)發(fā)FPGA應用程序，然后LabVIEW編譯并在硬件中實(shí)現代碼。使用LabVIEW FPGA Module，用戶(hù)可以在不了解硬件設計或VHDL的情況下定義個(gè)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(hù)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(zhuān)門(mén)定制設計的硬件電路媲美。
重要的嵌入式系統開(kāi)發(fā)者工具 LabVIEW FPGA Module、LabVIEW Real-Time Module和用于Windows開(kāi)發(fā)環(huán)境的LabVIEW為加速開(kāi)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硬件目標配置和自動(dòng)模塊查找 • CompactRIO模塊和I/O通道別名管理 • FPGA應用程序flash存儲器下載和自動(dòng)加載配置 LabVIEW FPGA開(kāi)發(fā)環(huán)境 • 用于模擬輸入／輸出、數字輸入／輸出和I/O屬性節點(diǎn)／方法節點(diǎn)的FPGA設備I/O • 中斷(IRQ)生成和同步功能 • 40MHz單個(gè)定時(shí)循環(huán)，以25ns的時(shí)間間隔執行代碼 • 利用while循環(huán)、順序結構、條件結構、for循環(huán)和其他執行控制結構的并行處理 • FPGA的FIFO數據緩存和存儲器讀／寫(xiě) • 使用40MHz FPGA時(shí)基的循環(huán)定時(shí)器／計數器(25ns定時(shí)脈沖、微秒或毫秒級分辨率) • 布爾邏輯、比較、數值計算、飽和算數函數和逐位數據操作函數 • HDL接口節點(diǎn)用于集成非LabVIEW IP核 • 非線(xiàn)性系統和包括PID和五階FIR濾波器的離散線(xiàn)性控制函數 • 一維查找表、線(xiàn)性插值、過(guò)零檢測和直接數字合成正弦波發(fā)生器 LabVIEW實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)環(huán)境 • 目標配置選項，包含應用程序啟動(dòng)運行設置和開(kāi)發(fā)、Web、遠程面板和文件服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn) • 開(kāi)放的打開(kāi)FPGA VI引用的函數用于有規劃的比特流下載、通信接口引用和程序啟動(dòng) • 利用FPGA產(chǎn)生中斷（IRQ）的確定性實(shí)時(shí)while循環(huán)線(xiàn)程同步 • FPGA前面板控件/顯示器讀/寫(xiě)傳輸的數據 • 用于整數到浮點(diǎn)數工程單元轉換的數據縮放/映射函數 • 實(shí)時(shí)FIFO數據緩沖 • 定時(shí)時(shí)間循環(huán)結構用于多速率確定性控制 • 浮點(diǎn)PID、定點(diǎn)特性描述、增益調度和速率限制器函數 • 模糊邏輯控制、連續和離散線(xiàn)性系統和非線(xiàn)性系統及二維查找表函數 • 點(diǎn)對點(diǎn)信號生成、時(shí)域分析、頻域變換和譜分析、濾波器、統計、曲線(xiàn)擬合/插值、線(xiàn)性代數、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(hù)端通信（包含802.11無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)） • 二進(jìn)制和文本文件I/O用于嵌入式數據記錄和恢復 應用模塊和工具箱 • LabVIEW PDA模塊 • LabVIEW企業(yè)版連接用工具包 • LabVIEW遠程面板許可證（5個(gè)用戶(hù)） • LabVIEW執行跟蹤工具包 • LabVIEW階次分析工具包 • LabVIEW聲音和振動(dòng)工具包 • LabVIEW信號處理工具包 • LabVIEW仿真模塊 • LabVIEW控制設計工具包 • LabVIEW系統辨識工具包 • LabVIEW仿真接口工具包 • LabVIEW狀態(tài)圖工具包 LabVIEW網(wǎng)絡(luò )化主機應用開(kāi)發(fā) • web瀏覽器遠程面板圖形化用戶(hù)界面插件用于遠程控制／監視（Windows、Linux、Mac OS X、Solari系統） • 快速譜信號分析、失真／音調、幅度／電平、時(shí)序／變換、卷積／相關(guān)、掩模／限定、直方圖函數 • 本地或遠程數據庫連接、文本/HTML／DIAdem報告生成 • 手持式移動(dòng)設備／便攜式PDA用戶(hù)界面／遠程控制（LabVIEW PDA模塊） 具體應用和客戶(hù)成功案例 憑借其低成本、可靠性和在大容量嵌入式測量和控制應用中的適用性，CompactRIO系統可滿(mǎn)足大量的工業(yè)和應用需求。案例包括：重型工業(yè)設備控制、車(chē)內數據采集、設備狀態(tài)監測和快速控制原型化（RCP）等： • 批量控制 • 離散控制 • 運動(dòng)控制 • 車(chē)內數據采集 • 機械狀態(tài)監測 • 快速控制原型化（RCP） • 工業(yè)控制和采集 • 分布式數據采集和控制 • 移動(dòng)/便攜式噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH）分析 CompactRIO是為使用LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)工具來(lái)構建可重配置硬件使之用于范圍廣泛的工業(yè)和應用的高級開(kāi)發(fā)者而設計的。MTS、 Roush、 Göpel、 Process Automation及Virginia Tech等公司的客戶(hù)們已經(jīng)成功地開(kāi)發(fā)出用于重型機械控制、車(chē)內數據采集、聲學(xué)和振動(dòng)分析及電動(dòng)馬達驅動(dòng)定性等CompactRIO嵌入式系統。 |
