LabVIEW RIO 架構：創新的基礎

已更新 2024年3月19日

綜覽

LabVIEW RIO 架構是最極致的創新設計建構基礎。這個架構整合即時處理器、使用者可程式化 FPGA、模組化 I/O，以及整合式的軟體環境，能用於編寫系統中各項元件的程式，也能用於客製化。LabVIEW RIO 架構能介接任何類型的感測器或特殊 I/O，執行進階訊號處理與自訂分析，也能執行進階控制演算法，因此是設計進階控制或量測系統的理想架構，應用於物聯網 (IoT) 尤其如此。

內容

LabVIEW RIO 架構
量測與控制系統常見需求
LabVIEW RIO 架構與常見系統需求對照
採用 LabVIEW RIO 架構的產品
運用能加速提高生產力及推動迅速創新的平台大膽創新
後續步驟

LabVIEW RIO 架構

LabVIEW RIO 架構完美整合 4 種元件，為創新設計提供理想的建構基礎，這 4 種元件包括：即時處理器、使用者可程式化 FPGA、模組化 I/O，以及能針對架構的各個層面進行程式設計的完整軟體工具鏈。

LabVIEW RIO 架構

圖 1 LabVIEW RIO 架構整合即時處理器、使用者可程式化 FPGA、模組化 I/O 介面，以及完整的軟體工具鏈，是應用於控制或監控的理想架構。

處理器

從執行 NI Linux Real-Time 的 667 MHz 雙核心 ARM A9，到執行 NI Linux Real-Time 或 WES7 作業系統的 1.9 GHz 四核心 Intel Atom，NI 提供多款高效能嵌入式處理器。這個處理器能使用 NI Linux Real-Time 交叉編譯支援功能，以 C/C++ 進行程式設計，也可以使用簡單好操作的 LabVIEW G 資料流程程式設計語言完成常見作業，例如執行應用程式、處理資料集、處理訊號、記錄資料，以及與本機 HMI 進行通訊。

FPGA

可重設現場可程式化閘陣列 (FPGA) 是 LabVIEW RIO 架構的核心，可用於分擔處理器必須處理的重要或大量負載，並且能發揮極高產能，穩定且精確地執行作業。FPGA 與 I/O 直接相連，能進行高效能的訊號與影像處理，也能發揮可以自訂的時序、觸發以及同步作用。此外，由於 FPGA 直接與 I/O 連接，不透過匯流排，因此，控制迴圈潛時趨近於零，能發揮最高等控制演算法不可或缺的效能。舉例來說，一個 CompactRIO 機箱只要使用 FPGA，就能以 100 kHz 的速率同時執行超過 20 個類比式比例積分微分 (PID) 控制迴路。採用 LabVIEW RIO 架構的 NI 硬體充分運用了最新的 Xilinx FPGA 技術與晶片組。

LabVIEW FPGA Module 支援在簡單好操作的圖形化程式設計環境中設計嵌入式 FPGA，即使不具備如 VHDL 或 Verilog 之類的硬體描述語言相關知識，一樣能夠使用。

模組化 I/O

NI C 系列 I/O 模組含內建的隔離、轉換電路、訊號處理，且直接與工業級感測器、致動器、功能安全 (SIL) 感測器與致動器、相機、馬達、驅動器連線，也能連上工業級通訊協定，如 Profibus、Profinet 與 EtherCAT。 NI 提供超過 100 種 C 系列 I/O 模組，而模組開發套件更能支援您開發客製化模組，輕鬆因應特定用途之所需。

圖 2 超過 100 種 C 系列 I/O 模組任您挑選，能與感測器、馬達、驅動器、致動器直接連接，也能直接連接工業級通訊協定。

LabVIEW 系統設計軟體

LabVIEW 系統設計軟體能針對 LabVIEW RIO 架構的所有元件進行程式設計和客製化。 LabVIEW 支援 C/C++、IEC 61131-3 等程式設計語言以及 G 資料流程等程式設計語言，能讓您充分運用現有的程式碼與程式設計專業知識。標準軟體環境內建完整的數學與分析函式、訊號與影像處理演算法，以及網路和 I/O 介面 API。 NI Linux Real-Time 模組是使用開放原始碼的即時作業系統，採用執行於嵌入式處理器的 Angstrom 版 Linux，能穩定、精確地執行作業，其完整的 API 組合更適用於資料記錄、資料傳輸機制以及客製化處理與分析。 LabVIEW FPGA Module 支援在簡單好操作的圖形化程式設計環境中設計嵌入式 FPGA，即使不具備如 VHDL 或 Verilog 之類的硬體描述語言相關知識，一樣能夠使用。 LabVIEW 還有能提供 IP、外掛程式、範例程式碼與支援的完整社群，是一個完整的工具鏈，有助於設計以 LabVIEW RIO 架構為基礎的嵌入式控制與監控系統。

量測與控制系統常見需求

實作控制與監控應用程式時，系統設計師必須仔細思量從感測和處理到網路連線、同步化作業以及時序的所有要素。一般而言，系統還必須具備某種控制功能，可以是簡單的開關數位控制，也可以是極度複雜的多軸運動系統。這類需求總結可分為三類：運算、連接性以及控制。

圖 3 物聯網 (IoT) 監控系統必須具備運算、連線與控制功能。

運算

系統能執行各式各樣的處理演算法和分析常式，從複雜的數學到布林邏輯全都包含在內。

連接性

數位系統必須透過感測器才能與實體世界連接，還可以與企業網路、資料庫、雲端服務等其他數位系統互通，甚或其他機器、裝置以及基礎架構。若要了解連線功能的最新發展，請參閱設計分散式 TSN 乙太網路架構量測系統，掌握更多資訊。

控制

嵌入式系統所輸出的通常是內部演算法與分析作業的結果。這些輸出能控制馬達、繼電器，或是致動器。

LabVIEW RIO 架構與常見系統需求對照

LabVIEW RIO 架構非常適合必須具備運算、連線與控制功能的系統。模組化 I/O 提供可客製化的介面，幾乎能因應任何連線需求，例如類比與數位感測器、工業級通訊協定、客製化 I/O，甚或是相機和馬達等特殊 I/O。使用者可程式化處理器與 FPGA 可用於執行訊號或影像進階處理、執行複雜的運算，以及執行決策演算法。 FPGA 具備快速、精確以及能平行運作等特性，尤其適用於控制；它能平行執行數十個控制迴圈，其中每個迴圈的時序和資料傳輸機制均不重複，都具備獨特的時序與資料傳輸機制，迴路速率可達 kHz 到 MHz 的範圍。