PDFDie leistungsstarken, Multicore-basierten CompactRIO-Systeme von National Instruments bieten zahlreiche Möglichkeiten. Die Controller cRIO-9081 und cRIO-9082 besitzen die höchste Leistung bei derzeit erhältlichen CompactRIO-Produkten und verfügen über einen Intel Core i7 Dualcore-Prozessor. Nachfolgend werden die Einzelheiten der eingesetzten Technologien und der mit diesen Systemen möglichen Anwendungen näher erläutert.
Das Produkt auf einen Blick
Abb. 1: NI cRIO-9082 bietet zahlreiche neue Funktionen auf der Plattform CompactRIO.
Das leistungsstarke Multicore-System NI cRIO-908x bietet ganz neuartige Möglichkeiten auf der Plattform CompactRIO, darunter erweiterte Verarbeitung auf einem Intel Core i7 Dualcore-Prozessor, einen integrierten VGA-Monitorausgang für eine integrierte Benutzeroberfläche und die Wahl, als Betriebssystem Microsoft Windows Embedded Standard 7 (WES7) oder LabVIEW Real-Time zu nutzen. Die verbesserte Verarbeitungsleistung des Controllers cRIO-908x sorgt dafür, dass er sich besonders für die Weiterverarbeitung von Tasks für komplexe Anwendungen eignet, z. B. Bildverarbeitung und Rapid Control Prototyping.
Wird das Betriebssystem WES7 auf dem leistungsstarken, Multicore-basierten CompactRIO-System verwendet, dann können umfangreiche Windows-Software und Anzeigefunktionen mit der Software NI LabVIEW genutzt werden. Das leistungsstarke, Multicore-basierte CompactRIO-System stellt innerhalb der CompactRIO-Plattform die umfangreichsten Anbindungs- und Erweiterungsoptionen bereit, darunter das Bussystem MXI-Express mit hoher Bandbreite und geringer Latenz.
1. Leistungsstarke Multicore-Verarbeitung
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cRIO-9081 |
cRIO-9082 |
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| Taktfrequenz |
1,06 GHz |
1,33 GHz/2,4 GHz (Turbo) |
| Kerne/parallele Threads |
2/2 |
2/4 |
| Hyper-Threading |
Nein |
Ja |
| Turbo Boost |
Nein |
Ja |
| Active Management Technology (AMT) |
Nein |
Ja |
Tabelle 1: Multicore-CompactRIO setzt fortschrittliche Dualcore-Prozessoren von Intel ein.
Das leistungsstarke, Multicore-basierte CompactRIO-System verfügt über einen stromsparenden Dualcore-Prozessor von Intel für anspruchsvolle Verarbeitungstasks. Mithilfe von Multicore-Prozessoren können unabhängige Tasks bzw. Threads simultan ausgeführt werden, um die für Arbeitsabläufe erforderliche Zeit erheblich zu reduzieren. Mit LabVIEW lässt sich leicht eine Anwendung entwickeln, die diese Multicore-Technologie nutzt, indem jeder Arbeitsablauf automatisch in mehrere Threads unterteilt wird. Die komplexe Aufgabe der Verwaltung von Threads innerhalb des Prozessors ist transparent in die grafische Programmierung eingegliedert.
Mehr zur Multicore-Technologie
Prozessoren von Intel bieten einige neue Technologien, um das Leistungsvermögen und die Funktionalität von CompactRIO-Anwendungen auszuweiten.
Die Hyper-Threading-Technologie von Intel verbessert die Multicore-Leistung, indem jeder Prozessorkern die Fähigkeit erhält, zwei Threads parallel auszuführen. Dadurch verdoppelt sich die Anzahl der für die Software bereitstehenden Prozessorkerne. So können auf dem NI cRIO-9082 ausgeführte Anwendungen vier Threads parallel ausführen, was die Leistung weiter erhöht.
Die Turbo-Boost-Technik von Intel sorgt dafür, dass die Taktfrequenz des Prozessors bei hohen Arbeitslasten erhöht wird. Benötigt eine Anwendung während intensiver Berechnungen höhere Taktfrequenzen, dann erhöht sich die Taktfrequenz des Prozessors automatisch in regelmäßigen Intervallen, bis die Anforderung erfüllt wurde oder bis Faktoren wie Temperatur und laufende Ereignisse auf anderen Prozessorkernen die Taktgeschwindigkeit wieder auf ihre eigentliche Betriebsfrequenz verringern. Somit ist sichergestellt, dass immer maximale Leistung erzielt wird, währendder Prozessor innerhalb der festgelegten Sicherheitsgrenzen bleibt.
Die Intel Active Management Technology (AMT) erlaubt erfahrenen Anwendern die Fernverwaltung ihrer CompactRIO-Zielsysteme. Dieser maschinennahe Hardwarezugriff erfolgt über die primäre Ethernet-Schnittstelle und ermöglicht Anwendern, das CompactRIO-System aus der Ferne hochzufahren oder abzuschalten. Zudem können sie den aktuellen Systemstatus prüfen, die Ausgabe des Bedienpults umleiten und weitere Aufgaben ausführen, ohne dabei mit der CompactRIO-Software zu interagieren.
2. Embedded-Betriebssysteme
Das leistungsstarke, Multicore-basierte CompactRIO-System ist das erste System der Produktfamilie CompactRIO, das bei Betriebssystemen eine Auswahl bietet. Ingenieure und Systemintegratoren haben die Wahl zwischen dem Determinismus und der Zuverlässigkeit von LabVIEW Real-Time oder den umfangreichen Softwarekomponenten und integrierten Fähigkeiten der Benutzeroberfläche von WES7.
Das Betriebssystem LabVIEW Real-Time ist die ideale Umgebung für zeitkritische Anwendungen, die deterministische Leistung benötigen. Durch präzise Timing- und Task-Priorisierung können deterministische Tasks, wie die Motorsteuerung im geschlossenen Regelkreis, einfach in LabVIEW entwickelt und auf CompactRIO eingesetzt werden. Das Betriebssystem LabVIEW Real-Time ist so optimiert, dass Anwendungen im Dauerbetrieb zuverlässig ausgeführt werden können.
WES7 ermöglicht mehr Funktionalität, da der Anwender die umfangreichen Windows-Softwarekomponenten und die Plattform LabVIEW für Windows nutzen kann. So stehen ihm etwa die Funktionen von .NET-Assemblies, ActiveX-Elemente und DLL-Bibliotheken zur Verfügung, er kann einen integrierten OPC-Server implementieren oder eine direkte Verbindung zu einer dezentralen Datenbank zur einfachen Aufzeichnung seiner Daten herstellen. Zudem ist es jetzt auch möglich, den integrierten VGA-Monitorausgang zu nutzen, um eine Benutzeroberfläche zu implementieren, so dass Systemkosten und Wartungsanforderungen sinken, da kein Rechner mehr speziell für die Benutzeroberfläche notwendig ist.
Das Dokument Fünf Tipps für die Auswahl eines Embedded-Betriebssystems für NI CompactRIO bietet hilfreiche Informationen für die Auswahl des passenden Betriebssystems.
3. Benutzerprogrammierbarer FPGA
Das leistungsstWarke, Multicore-basierte CompactRIO-System beinhaltet die neue Produktfamilie Spartan-6-FPGAs von Xilinx. Der Controller cRIO-9082 verfügt über den bislang größten Spartan-6-FPGA, LX150, der etwa 30 Prozent mehr Logikzellen und dreimal so viele Multiplizierer besitzt als der größte Virtex-5-FPGA im Chassis NI cRIO-9118.
Mehr zur Spartan-6-FPGA-Produktfamilie von Xilinx
Mit dem LabVIEW FPGA Module lässt sich benutzerdefinierte Hardware für Mess-, Steuer- und Regelanwendungen mithilfe grafischer Programmierung erstellen, ohne dass Fachkenntnisse zu Low-Level-Beschreibungssprachen erforderlich sind. Diese benutzerdefinierte Hardware kann für individuelles Timing und Triggern, Hochgeschwindigkeitssteuerung und -regelung, zur Anbindung an digitale Protokolle und für weitere Anwendungen, die zuverlässige Hardware für hohe Geschwindigkeiten und hohen Determinismus erfordern, eingesetzt werden.
4. C-Serie von NI und Erweiterungschassis
Das leistungsstarke, Multicore-basierte CompactRIO-System besitzt acht Steckplätze für I/O der C-Serie. Die I/O-Kapazität kann aber mit Erweiterungsoptionen der C-Serie erheblich erhöht werden. Wird zusätzlich das Bussystem MXI-Express mit hoher Bandbreite und geringer Latenz eingesetzt, bietet das leistungsstarke, Multicore-basierte CompactRIO-System innerhalb der CompactRIO-Plattform die umfangreichsten Erweiterungsoptionen der C-Serie. Alle Erweiterungschassis der C-Serie verfügen über einen benutzerprogrammierbaren FPGA zur maßgeschneiderten Datenverarbeitung.
Das EtherCAT-Slave-Chassis stellt mind. acht Steckplätze für deterministische, verteilte I/O für CompactRIO-Module basierend auf LabVIEW Real-Time zur Verfügung. Diese Erweiterungsoption bietet sich für Anwendungen an, die einen geschlossenen Regelkreis erfordern, wie z. B. Motorsteuerungsanwendungen.
Das Chassis Ethernet RIO bietet mind. acht Steckplätze für eine einfache Stand-alone-Erweiterung mit Modulen der C-Serie für Windows- oder LabVIEW-Real-Time-Systeme. Es nutzt die LabVIEW-Umgebungsvariable zur Kommunikation über ein typisches Local Area Network (LAN), um ein einfach zu erweiterndes Netzwerk an verteilten I/O zu erstellen.
Das Chassis MXI-Express RIO stellt mind. 14 Steckplätze für leistungsstarke Module der C-Serie zur Verfügung. Die durchsatzstarke x1-MXI-Express-Schnittstelle bietet 200 MB/s für das Streaming zwischen mehreren Chassis. Wenn das Chassis entsprechend konfiguriert wurde, kann es als Stand-alone-Gerät eingesetzt werden, das Daten mit dem integrierten FPGA verarbeitet.
Mit jeder dieser Erweiterungsmethoden kann eine beliebige Kombination von über 60 messspezifischen Module der C-Serie von National Instruments und Drittanbietern integriert werden. Dank dieser breiten Palette an Messmodulen kann ein System auf spezifische I/O-Anforderungen zugeschnitten werden.
5. Integrierter VGA-Monitorausgang
Das Erstellen einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) ist ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung eines Embedded- oder Industriesystems. Das leistungsstarke, Multicore-basierte CompactRIO-System ist das erste CompactRIO-Modul mit integrierter VGA-Grafik, wodurch die Entwicklung von HMIs stark vereinfacht wird.
Mit WES7 und einem VGA-Monitor oder Touchscreen können Anwender eine LabVIEW-Anwendung entwickeln und das Frontpanel als Benutzeroberfläche nutzen. So wird nicht nur Entwicklungszeit gespart, da keine separate HMI-Anwendung erstellt werden muss, sondern auch der Kostenaufwand gesenkt, da der zusätzliche PC bzw. Touchpanel-Computer durch einen kostengünstigen Monitor ersetzt werden kann.
6. Bildgebung und Prüfung mit GigE Vision
Das Multicore-basierte CompactRIO-System ist die ideale Plattform für Anwendungen, die industrielle Bildverarbeitung umfassen, etwa medizinische Geräte, autonome Robotersysteme und industrielle Überwachung.
Über die zwei Gigabit-Ethernet-Anschlüsse ist eine Anbindung an zahlreiche GigE-Vision-Kameras und die Durchführung zügiger, hochauflösender Bilderfassungs- und -verarbeitungsaufgaben mit LabVIEW Real-Time und WES7 möglich. Der leistungsstarke Treiber NI-IMAQdx sowie die vielfältigen Algorithmen der Bildverarbeitungsbibliothek des NI Vision Development Module unterstützen die Entwicklung von Bildverarbeitungsanwendungen, die Bildverbesserung, Mustererkennung und Objektmessungen erfordern.
7. Anbindung von Peripheriegeräten
Das Multicore-basierte CompactRIO-System bietet die größte Auswahl an Anbindungsmöglichkeiten für zusätzliche Hardware. Über einen der vier Hi-Speed-USB-Anschlüsse können beispielsweise Tastaturen und Mäuse angeschlossen werden. Diese Anschlüsse können auch zur Protokollierung von Daten auf ein externes Speichermedium genutzt werden. Der serielle Anschluss RS232 bzw. RS485/422 kann zur Anbindung an eine Vielzahl von Geräten wie Motoren, Spezialmessgeräte oder Zeichenbildschirme dienen.
8. Das CPU-Erweiterungsmodul
Das leistungsstarke, Multicore-basierte CompactRIO-System ist das erste CompactRIO-Modul, das das neue CPU Expansion Module (CXM) nutzt. Durch Einbindung einer breiten Palette an CPU-Erweiterungsmodulen von NI und anderen Anbietern lassen sich I/O wie WLAN, High-Speed-Wechselspeicher und ExpressCard nutzen.
