česky english Vítejte, dnes je pondělí 15. červenec 2024

Mnoho podob technologie NI RIO

DPS 3/2011 | Články
Autor: National Instruments

Před sedmi lety uvedla společnost National Instruments na trh svou první PXI zásuvnou kartu s rekonfigurovatelnými vstupy a výstupy (RIO), ale nezůstalo jen u ní.

Tato první karta, NI PXI-7831R, obsahovala programovatelné hradlové pole (FPGA) s 1M hradel a vestavěné analogové i digitální vstupy a výstupy (I/O). Písmeno „R“ v označení NI PXI-7831R znamenalo „rekonfigurovatelné I/O“. Technici mohli programovat či rekonfigurovat FPGA čip na kartě a dosáhnout tak vlastního časování, zpracování a řízení vstupů a výstupů na kartě a vytvořit tak pokročilá řešení pro sběr dat, řízení a testování. Uživatelé mohli navíc programovat FPGA přímo v grafickém vývojovém prostředí NI LabVIEW. Výsledkem byla kombinace hardwaru a softwaru, která umožnila každému použít ve svém návrhu technologii FPGA.

Nyní se rychle přenesme z roku 2003 do roku 2010. Používání technologie RIO se dramaticky rozšířilo a stalo se jednou z hlavních oblastí investic ze strany National Instruments. V průběhu posledních sedmi let uvedla společnost NI na trh stovky produktů z rodiny RIO pro širokou škálu embedded, průmyslových a testovacích aplikací. V současnosti používají technologii RIO ve svých návrzích a řešeních tisíce uživatelů po celém světě.

Obr. 1 Produktová platforma NI RIO zahrnuje řadu systémů v podobě desek i zařízení pro vytváření pokročilých embedded, průmyslových a testovacích aplikací

Obr. 1 Produktová platforma NI RIO zahrnuje řadu systémů v podobě desek i zařízení pro vytváření pokročilých embedded, průmyslových a testovacích aplikací

Jádro technologické platformy NI RIO stále zahrnuje nástroje pro grafický návrh ve vývojovém prostředí LabVIEW, které mohou uživatelé použít k programování různých hardwarových zařízení RIO, sdílejících shodnou hardwarovou architekturu. Tato vysoce výkonná RIO architektura zahrnuje procesor, připojený k rekonfigurovatelnému FPGA, pro výpočty s plovoucí desetinnou čárkou a komunikaci. Nabízí výkon hardwaru na míru spolu s modulárními vstupy a výstupy. V této architektuře přímého připojení FPGA ke vstupům a výstupům (ať už jde o analogové, digitální či komunikační vstupy a výstupy) je uživateli umožněno přímo přizpůsobit časování a zpracování každého vstupu či výstupu v FPGA. Mezi výhody platformy NI RIO patří standardní architektura, kterou mohou uživatelé použít v jakékoliv aplikační oblasti od návrhu, přes řízení po testování, a také standardní sada nástrojů LabVIEW, kterou mohou vývojové týmy použít v průběhu celého návrhového procesu.

Hardwarová platforma NI RIO

Společnost NI vytvořila celou řadu hardwarových systémů v podobě karet i kompletních zařízení sdílejících architekturu RIO. Uživatelé mohou opakovaně používat hardware i software ve fázi návrhu a tvorbě prototypů ve svých projektech z oblasti embedded a průmyslových systémů i automatizovaného testování. Zařízení ve formě desky NI Single- Board RIO obsahují procesor reálného času, FPGA, analogové i digitální vstupy a výstupy. Platforma NI CompactRIO je k dispozici ve dvou konfiguracích. Jedna z nich představuje integrovaný systém s procesorem reálného času i FPGA v jediném šasi, ta druhá má podobu modulárního systému s vyměnitelnými procesorovými a FPGA částmi. Se systémy CompactRIO a rozšiřujícími šasi Ether- CAT lze používat více než 100 vstupněvýstupních modulů NI řady C a modulů jiných výrobců a připojit se tak k široké škále senzorů a akčních členů.

Obr. 2 Grafické nástroje LabVIEW pro návrh systémů nabízejí shodný přístup k programování celé architektury RIO, včetně procesorů s více jádry, obvodů FPGA, vstupů a výstupů

Obr. 2 Grafické nástroje LabVIEW pro návrh systémů nabízejí shodný přístup k programování celé architektury RIO, včetně procesorů s více jádry, obvodů FPGA, vstupů a výstupů

NI také nabízí zásuvné FPGA karty řady R pro sběrnice PCI a PCI Express, které se používají s průmyslovými kontroléry NI a jinými osobními či průmyslovými počítači a lze s nimi vytvářet robustní RIO řešení s vysoce výkonnými vícejádrovými procesory. Pro vysoce výkonné testovací aplikace zahrnuje platforma PXI kontroléry s více procesorovými jádry, PXI FPGA moduly řady R a PXI/PXI Express NI FlexRIO FPGA a adaptérové moduly NI FlexRIO pro komunikační a testovací aplikace na míru.

Softwarová platforma NI RIO

Nástroje pro grafický návrh ve vývojovém prostředí LabVIEW představují klíč k technologii NI RIO. S technologiemi LabVIEW, LabVIEW Real-Time a Lab- VIEW FPGA mohou uživatelé programovat procesory s více jádry a konfigurovat FPGA v hardwaru NI RIO bez potřeby podrobné znalosti návrhu softwaru nebo hardwaru. Výsledkem je možnost tvorby přizpůsobených embedded a testovacích řešení bez nákladů a složitostí spojených s vývojem řešení na míru.

Ve vývojovém prostředí LabVIEW s modulem LabVIEW Real-Time mohou uživatelé programovat procesory s více jádry a procesory reálného času se stovkami funkcí pro výpočty s plovoucí desetinnou čárkou pro zpracování signálu, řízení, komunikaci a logování. S nástroji LabVIEW mohou rychle vytvářet profesionální uživatelská rozhraní a integrovat stávající kód v jazyce C a matematické funkce v textovém zápise. Modul LabVIEW FPGA nabízí grafický způsob programování FPGA, což zjednodušuje návrh a umožňuje jakémukoli uživateli používat technologii FPGA. Obsaženy jsou také funkce pro výpočty s pevnou desetinnou čárkou, zpracování signálu a řízení spolu s možností integrovat stávající kód v HDL či Xilinx COREGen.

Ve srovnání s tradičními nástroji usnadňují ovladače NI RIO a LabVIEW integraci vstupů a výstupů a komunikaci mezi různými hardwarovými komponenty RIO. LabVIEW obsahuje ovladače I/O, DMA a rozhraní pro komunikaci bod po bodu, díky kterým je snadné připojit se ke vstupům a výstupům a k rozhraní mezi procesorem a FPGA.

Aplikace a budoucnost architektury NI RIO

Architekturu NI RIO dnes používají pro své aplikace již tisíce uživatelů. Například tvůrci embedded systémů v oblastech medicíny, robotiky a obnovitelných zdrojů energie používají produkty RIO pro rychlý návrh a nasazení aplikací do provozu. Produkty RIO jsou také ideální pro průmyslové aplikace a stroje, které mají specifické požadavky na řízení a vyžadují vysokorychlostní měření. Inženýři v oblasti testování používají vysoce výkonná řešení RIO pro splnění požadavků pokročilých aplikací pro testování a validaci, včetně měření v oblasti VF a testování typu hardware ve smyčce (hardware-in-the-loop). National Instruments bude i nadále významně investovat do technologie RIO a poskytovat stále širší komunitě uživatelů ideální řešení pro pokročilé embedded a testovací aplikace.