一文详解LabVIEW RIO架构

NI嵌入式应用方法结合了LabVIEW系统设计软件与可重配置的现成硬件。该架构基于四个组件： 处理器、可重配置FPGA、测量I/O硬件和LabVIEW。 硬件和软件集成的平台可以帮助您简化诸多行业和应用的系统开发。 在本文档的第5部分中，您可以找到教程和示例代码，初步了解如何利用该架构。

1. LabVIEW RIO架构

LabVIEW RIO架构无缝集成了四个组件，为创新设计提供了高效的开发基础： 处理器、用户可编程FPGA、模块化I/O以及用于架构各方面编程的完整软件工具链。

 

图1： LabVIEW RIO架构将处理器、用户可编程FPGA、模块化I/O接口和完整的软件工具链相结合，为任何控制或监测应用提供了终极架构。

处理器

NI提供各种高性能嵌入式处理器，包括运行NI Linux实时操作系统的667 MHz双核ARM Cortex-A9处理器以及运行NI Linux Real-Time或WES7 OS的1.9 GHz四核Intel Atom处理器。 您可以借助LabVIEW对Eclipse、Python或IEC 61131-3的集成支持，使用C/C ++编程这些处理器，或者使用直观的LabVIEW图形化数据流编程语言来完成常见任务，例如运行应用程序、操作数据集、处理信号、记录数据以及与本地HMI连接。

FPGA

作为LabVIEW RIO架构的核心，可重配置FPGA可为处理器分担重要或计算密集型任务，以极高的吞吐量确保可靠、确定的执行。 FPGA直接连接到I/O，可执行高性能信号和图像处理以及可定制的定时、触发和同步功能。 通过将FPGA直接连接到I/O而无需通过总线，控制回路的延迟几乎为零，从而提供了最先进控制算法所需的性能。 例如，使用FPGA，单个CompactRIO机箱可以以100 kHz的速率同时执行超过20个模拟比例积分微分（PID）控制回路。

基于LabVIEW RIO架构的NI硬件利用了来自Xilinx的最新FPGA技术和芯片组，从Artix和Virtex系列涵盖到410T，集成了406，720个逻辑单元; 1，540个DSP片和28 MB的块RAM。

模块化I/O

I/O模块包含内置隔离、转换电路、信号调理以及与工业传感器、执行器、照相机、电机、驱动器和工业通信协议（如PROFIBUS、PROFINET和EtherCAT）的直接连接。 NI提供超过100个C系列I/O模块，通过模块开发套件，您可以开发自定义模块来满足特定应用的需求。 如需了解有关C系列I/O模块的更多信息， 请参阅基于高性能多功能控制器CompactRIO的模拟和数字I/O：？。

 

图2： 从100多个C系列I/O模块中进行选择，直接与传感器、电机、驱动器、执行器和工业通信协议连接。

2. 使用LabVIEW实现异构计算

您可以使用LabVIEW系统设计软件对LabVIEW RIO架构的每个元素进行编程和自定义。 LabVIEW可支持C/C ++、Python、IEC 61131-3和G数据流等编程语言，因此您可以继续利用现有的代码和编程技能。 标准的软件环境拥有一整套内置的数学和分析函数、信号和图像处理算法以及网络和I/O接口API。

NI Linux OS操作系统是一个开源的实时操作系统，可在嵌入式处理器上运行，提供可靠、确定的操作，并为数据记录、数据传输机制以及自定义处理和分析提供一套完整的API。 使用LabVIEW FPGA模块，您可以在直观的图形化编程环境中对嵌入式FPGA进行编程，而无需任何硬件描述语言（如VHDL或Verilog）知识。 通过一个由IP、附加工具、示例代码和支持组成的社区，LabVIEW为基于LabVIEW RIO架构的嵌入式控制和监控系统的设计提供了完整的工具链。

3. 为您的应用选择合适的硬件

NI提供了基于LabVIEW RIO架构的各种硬件终端，包括不同的尺寸、性能和价格，可满足您独特的应用需求。 您还可以利用一致的架构，在多个硬件上重复利用代码，并使用同一个软件完成从仿真和原型验证到设计、验证和部署等过程。

了解如何使用NI嵌入式系统将工作效率提高一倍。

4. 基于平台进行创新，提高生产力，实现快速创新

NI平台中的软硬件集成为任何嵌入式控制或监测应用提供了完整的解决方案。

利用可自定义的现成平台，无需从头开始。

满足嵌入式和物联网应用中常见的计算、连接和控制需求。

通过灵活、扩展且现场可编程的产品满足多变的需求

各种高质量的组成结构、价格和性能选项可供选择

利用一致的软件环境来编程系统的每个元素以及完成设计的各个解决。

5. LabVIEW和NI嵌入式硬件入门

您可以使用LabVIEW为能源、工业控制、生命科学和运输等行业开发下一代控制和监测系统。 如果要开始使用LabVIEW和NI嵌入式硬件，请参考以下教程，了解应用开发的基本步骤：

使用LabVIEW Real-Time模块采集和分析信号

使用LabVIEW Real-Time监测和记录数据

使用LabVIEW FPGA进行信号处理，减少处理器的负担

在FPGA、实时处理器和分布式系统之间进行通信