資料介紹
1、介紹
在構建嵌入式系統時,不論是為了確保控制循環能夠可 靠的執行,還是保證I/O信號能夠被及時響應,或是讓處理速度達到系統應用的要求,定時都是其中的關鍵。構建一套可以滿足定時要求的系統,首先從硬件開始 進行選擇,必須在尺寸、功耗、處理能力和延遲等方面進行很好的平衡。另外,嵌入式系統的軟件在執行調節、中斷響應和計算任務之間的時間平衡幾個方面扮演著 重要的角色。
在考慮定時性能的前提下進行嵌入式軟硬件集成將是一件極其耗時的挑戰。但是,在NI LAbVIEW 2010軟件平臺和RIO硬件平臺的幫助下,構建一套可以滿足絕大部分系統應用需求的可靠的精確定時系統所需要付出的代價將極大降低。繼續深入下去,了解 集成了實時CPU和FPGA的NI RIO硬件系統,以及定時特性是如何與LabVIEW 2010無縫集成的,可以幫助工程師、科學家和嵌入式設計人員們利用這套硬件系統構建出健壯的實時響應系統。
2、集成實時CPU和高性能FPGA的NI RIO硬件
NI 嵌入式硬件的目標系統是基于RIO架構的,包括了一個一般用于運行實時操作系統的CPU和一套或多套FPGA。在這樣的集成架構下,用戶可以在FPGA上 完成那些需要納秒級定時精度或者大量并行的任務;在CPU上完成諸如浮點計算等密集計算任務。FPGA和CPU之間通過PCI總線進行通信,通過NI- RIO驅動模塊提供的直接明了、功能強大的數據傳輸接口, 使用LabVIEW或C可以很容易的進行相關開發。
最終的結論是:NI-RIO 是可以適用于范圍廣泛的嵌入式原型設計,并且具有很高靈活性的平臺。同時,由于NI-RIO框架是很多不同NI硬件目標系統的標準架構,例如NI Single-Board RIO和NI CompactRIO,用戶在部署軟件時,不論是堅固型系統還是經濟型系統,都可以最大限度地實現代碼的復用。
圖1. NI-RIO嵌入式設備均基于集成了CPU、FPGA和模塊化I/O的統一架構
例如,Ventura市航空中心使用LabVIEW和NI Single-Board RIO開發了一套火情監控系統,用于在聯邦快遞公司的運輸機上防控火災。在這套系統中,實時CPU負責運行確定性控制算法、網絡通訊和數據記錄,FPGA硬件上則執行其他的關鍵任務。
3、LabVIEW 2010和內置的定時特性簡化了確定性可靠系統的編程
LabVIEW 不單可以使用圖形化的編程界面來編寫目標CPU(包括了運行實時操作系統的CPU)和FPGA(包括RIO目標硬件上的FPGA)程序,同時 LabVIEW圖形化編程語言本身也是基于定時和同步概念而設計的。下面的一些例子將說明,LabVIEW結合Real-Time模塊和FPGA模塊是如 何讓嵌入式系統的定時變得簡潔明了的。
在構建嵌入式系統時,不論是為了確保控制循環能夠可 靠的執行,還是保證I/O信號能夠被及時響應,或是讓處理速度達到系統應用的要求,定時都是其中的關鍵。構建一套可以滿足定時要求的系統,首先從硬件開始 進行選擇,必須在尺寸、功耗、處理能力和延遲等方面進行很好的平衡。另外,嵌入式系統的軟件在執行調節、中斷響應和計算任務之間的時間平衡幾個方面扮演著 重要的角色。
在考慮定時性能的前提下進行嵌入式軟硬件集成將是一件極其耗時的挑戰。但是,在NI LAbVIEW 2010軟件平臺和RIO硬件平臺的幫助下,構建一套可以滿足絕大部分系統應用需求的可靠的精確定時系統所需要付出的代價將極大降低。繼續深入下去,了解 集成了實時CPU和FPGA的NI RIO硬件系統,以及定時特性是如何與LabVIEW 2010無縫集成的,可以幫助工程師、科學家和嵌入式設計人員們利用這套硬件系統構建出健壯的實時響應系統。
2、集成實時CPU和高性能FPGA的NI RIO硬件
NI 嵌入式硬件的目標系統是基于RIO架構的,包括了一個一般用于運行實時操作系統的CPU和一套或多套FPGA。在這樣的集成架構下,用戶可以在FPGA上 完成那些需要納秒級定時精度或者大量并行的任務;在CPU上完成諸如浮點計算等密集計算任務。FPGA和CPU之間通過PCI總線進行通信,通過NI- RIO驅動模塊提供的直接明了、功能強大的數據傳輸接口, 使用LabVIEW或C可以很容易的進行相關開發。
最終的結論是:NI-RIO 是可以適用于范圍廣泛的嵌入式原型設計,并且具有很高靈活性的平臺。同時,由于NI-RIO框架是很多不同NI硬件目標系統的標準架構,例如NI Single-Board RIO和NI CompactRIO,用戶在部署軟件時,不論是堅固型系統還是經濟型系統,都可以最大限度地實現代碼的復用。
圖1. NI-RIO嵌入式設備均基于集成了CPU、FPGA和模塊化I/O的統一架構
例如,Ventura市航空中心使用LabVIEW和NI Single-Board RIO開發了一套火情監控系統,用于在聯邦快遞公司的運輸機上防控火災。在這套系統中,實時CPU負責運行確定性控制算法、網絡通訊和數據記錄,FPGA硬件上則執行其他的關鍵任務。
3、LabVIEW 2010和內置的定時特性簡化了確定性可靠系統的編程
LabVIEW 不單可以使用圖形化的編程界面來編寫目標CPU(包括了運行實時操作系統的CPU)和FPGA(包括RIO目標硬件上的FPGA)程序,同時 LabVIEW圖形化編程語言本身也是基于定時和同步概念而設計的。下面的一些例子將說明,LabVIEW結合Real-Time模塊和FPGA模塊是如 何讓嵌入式系統的定時變得簡潔明了的。
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