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利用FPGA实现用户自定义测量控制系统

姚钢?? EDN China资深记者?? 2010年12月27日 ?? 收藏0

  将高级自动化控制,高速模拟采集,精确的运动控制,机器视觉系统以及人机交互界面(HMI)等功能添加到现有系统中,从而提高产量并且降低成本,正在成为工业控制领域的现实需求。而图形化开发软件LabVIEW和可编程自动化控制器(PAC),所构成的NI工业自动化平台核心,就是为了满足这种需求。

  NI LabVIEW是一个开放而灵活的开发环境,能够与多种工业硬件无缝连接,将基于配置的开发方式和编程语言紧密结合起来。而结合可编程逻辑控制器(PLC)可靠性、PC处理能力以及可自定义硬件FPGA的灵活性的NI可编程自动化控制器(PAC),则是NI工业自动化平台的核心构件。NI中国技术市场工程师称,由NI LabVIEW软件支持的NI高级嵌入式控制和采集系统CompactRIO PAC,能为工业和嵌入式控制应用提供高性能和高可靠性。它结合了开放的嵌入式架构、可靠的FPGA,以及小型、坚固且可热插拔的工业I/O模块,适合测量与控制解决方案的设计、原型和部署。

  ?NI CompactRIO可编程自动化控制器是一款低成本、可重新配置的控制和采集系统,专为需要高性能和高可靠性的应用而设计。CompactRIO采用了可重新配置I/O(RIO)FPGA技术,RIO核心具有内置式数据传输机制,可将数据传输到嵌入式处理器,用于实时分析、事后处理、数据记录或与联网主机通信。借助LabVIEW FPGA的基本 I/O功能,CompactRIO可将硬件与每个I/O模块的I/O电路直接连接。而每个I/O模块又具有内置式连接、信号调理、转换电路(ADC或DAC)以及可选的隔离屏障等功能。

利用FPGA实现用户自定义测量控制系统-1

  每个CompactRIO I/O模块所具有的内置式信号调理,包含螺栓端子、BNC或DSUB连接器,通过模块上集成接线盒,CompactRIO系统大大降低了空间需求和现场布线成本。由于模块的内置信号调理功能扩展了电压范围或者工业信号类型,因而用户可将CompactRIO模块按照自己的实际需求直接与信号采集用传感器和激励器相连,方便了用户现场监测方案的灵活配置。

  据了解,CompactRIO嵌入式系统包含一款工业级200 MHz Pentium处理器,用于可靠准确执行LabVIEW Real-Time应用程序。内置LabVIEW功能有千余种,可用于创建多线程嵌入式系统,使之具有实时控制、分析、数据记录和通信等功能。更为重要的是,大量第三方针对特殊应用开发的资源均可内置其中,不断地丰富CompactRIO嵌入式系统资源库。NI介绍,可重置的嵌入式系统具有两种配置:模块化和集成化配置。在模块化配置中,嵌入式控制器机箱包含FPGA并可根据用户需要单独提供。而集成化配置是将控制器和包含FPGA的机箱结合在一个单元内,由于具有优异的系统性能特别适用于高容量应用。
FPGA的高性能、可重新配置、小尺寸和较低工程开发成本的特性,深受控制和采集系统厂商欢迎,但电子设计工具的高复杂度形成的技术门槛,传统上基于FPGA设备的功能均是由原厂替用户先行定义,很难满足用户的差异化需求。基于此,NI通过引入FPGA现场可编程特性,建立起高度优化的可重置控制和采集系统,这样用户无需拥有诸如VHDL等专门硬件设计语言技能,只需利用CompactRIO自己定制的控制或采集电路定时/触发分辨率可达25 ns。

利用FPGA实现用户自定义测量控制系统-2

  为什么如此简单?因为LabVIEW和LabVIEW FPGA模块为NI RIO硬件上的FPGA芯片提供了图形化的开发环境。通过使用LabVIEW FPGA模块,用户在Windows环境下即可开发FPGA程序,然后用LabVIEW进行编译并在硬件上运行这些代码程序。


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