1、附录 A 译文 使用 LabVIEW FPGA 模块开发可编程自动化控制器 综述 工业控制上的应用要求高度集成的模拟和数字输入输出、浮点运算和多重处理节点的无缝连接。因为它对这些应用的理想解决方案，在工业控制市场上，可编程自动化控制器（ PAC）正逐渐被接受。通过一种普通的软件开发环境 NI LabVIEW，国家仪器公司提供各种可编程自动化控制器的解决方案。有了 LabVIEW，你可以用像 NI LabVIEW FPGA 模块一样的附加软件为工业应用开发自定义输入输出界面。 为将 FPGA 技术的灵活性和可定制性并入工业 PAC 系统，国家仪器公司利用LabVIEW FPGA 模块和实时输入输
2、出（ RIO）硬件提供了一种直观、容易理解的解决方法。无须了解低级的硬件描述语言（ HDL）或广泛的硬件设计细节，你可以定义嵌入含有 RIO 硬件对象家族的 FPGA 芯片里的逻辑，也可以快速地为超高速控制、定制的定 时和同步、低级的信号处理、用模拟或数字定制的输入输出、一个单独设备的计数器来定义硬件。你也可以将得到的图像、分析、运动控制、比如 CAN 和 RS232 一样的工业协议集成到你的定制 NI RIO（实时输入输出）硬件，这样就可以快速地事先并标准一个完整的 PAC 系统。 1 简介 你可以使用 LavVIEW 和 LavVIEW FPGA 模块的图形编程功能在 NI RIO 器件上
3、配置 FPGA（现场可编程 门阵列）。将 LabVIEW 图形编程功能和 FPGA 融合在 NIRIO 硬件上的就是 RIO 技术。它为开发复杂的测量和操作系统提供了灵活的平台，而这些你以前只能用定制设计的硬件来做。 FPGA 是一种包含许多未配置逻辑门的芯片。不像那些 ASIC（专用集成电路）的芯片只有固定的厂家定制好的功能，你可以为你的特殊的应用配置或重新配置 FPGA 上的逻辑关系。无论是开发制作 ASIC（专用集成电路）的成本有限还是一大硬件投入使用就要重新配置都可以使用 FPGA。由于 FPGA 的灵活和可软件编程的架构，使得定制算法的高精度实施、精准的定时和同步、快速决策和多功能同
4、时运行更容易。今天， FPGA 正出现在仪器、消费电子产品、汽车、航天器、复印机和专用的计算机硬件上。虽然 FPGA 经常用于工业控制产品，它先前的功能在工业控制器械上是不容易应用的。由于定义 FPGA 需要使用硬件描述语言和复杂设计工具的专门技术，自古就是硬件设计工程师比控制工程师用FPGA 的多。 有了 LabVIEW FPGA 模块和 NI RIO 硬件，你可以用为测量和控制应用特殊设计的 LabVIEW 这种高级的图形开发环境来开发 PAC 了，开发具有 FPGA 的专门化、灵活性及高精确性的 PAC。因为 LabVIEW FPGA 模块将定制的电路配置到硬件中，所以你的系统可以快速而
5、精确地处理和产生同步的模拟和数字信号。可以用 LabVIEW FPGA 模块来配置的 NI RIO 器件。 2 可编程自动化控制器的 NIRIO 硬件 在以前， FPGA 编程仅限于熟习 VHDL 或其他低端设计工具的工程师，也就是说他需要征服艰难的学习过程。有了 LabVIEW FPGA 模块， NI 公司让更多领域的工程师能使用 FPGA 技术，他们能用 LabVIEW 图形开发功能定义 FPGA 的逻辑。测量和控制工程师就可以只关注他们所擅长的测试与控制的应用，而不是专注于将逻辑转换成芯片单元的低级语义。 LabVIEW FPGA 模块模型之所以有如此有用，是因为它将 LabVIEW F
6、PGA 模块与 FPGA 的商业的未定制（ COTS）硬件结构、周围输入输出元件紧密结合在一起。 NI 的可编程自动化控制器为你的工业控制应用提供了标准的、未定制的平台。有了 RIO 在 PCI、 PXI、紧凑型视觉系统平台和基于 RIO 的紧凑的 RIO 引入，工程师们正受益于一个具有 FPGA 的高性能、灵活性、专用化优势的商业未定制平台，结果是能随心所欲地开发 PAC。 NI 的 PCI 和 PXI 的 R 系列的插件设备提供了模拟和数字数据获取，针对高性能、用户可配置的定时和同步、在单个设备上的板载决定等功能。利用这些未定制设备，你可以将你的 NI PXI 或 PCI 工业控制系统，扩
7、展为具有高速离散和模拟信号控制、自定义传感器接口、精确定时和控制的系统。 NI 紧凑 RIO：一个以 RIO 技术为核心的平台，提供了一个小的，工业上半成品的标准 PAC 平台。它能在系统定时方面带给你高性能输入输出和空前灵活性。你可以用 NI 紧凑的 RIO 为诸如车载数据采集、汽车 NVH（噪声振动和声振粗糙度 Noise Vibration Harshness）测试和内置机械控制系统的应用，开发内置系统。半成的紧凑 RIO 系统是工业评估与鉴定的，是为在大于 50g 震动和在 -40到 70C 的温度范围内设计的。 NI 紧凑型视觉系统是一个半成的机器视觉包装，他需要经受在机器人技术中常
8、见的苛刻的环境、自动化测试和工业检测系统。 NI 的 CVS-145x 设备为分布式的机器视觉应用提供了空前的输入输出能力和网络连接。 NI 的 CVS-145x 系统应用 IEEE 的 1394（火线）技术，可以与 40 多种有各种各样功能、性能和价值的照相机兼容。 NI 的 CVS-1455 和 NI 的 CVS-1456 设备包含可配置的 FPGA，所以你可以在你的机器视觉应用中实现计数器自定义、定时或电机控制。 3 利用 LabVIEW和 LabVIEW FPGA 模块开发可编程自动化控制器 有了 LabVIEW 和 LabVIEW FPGA 模块，你就为你的工业控制硬件增加了重要的灵
9、活性和专用化。因为许多 PAC 已经使用 LabVIEW 编程的，所以用LabVIEW 为 FPGA 编程很容易，因为它也使用相同 LabVIEW 开发环境。当你把目标定为在 NI 的 RIO（实时输入输出）， LabVIEW 就只显示可以在 FPGA 中实现的功能，这样进一步使得用 LabVIEW 为 FPGA 编程变简单 LabVIEW FPGA 模块功能版上包含典型的 LabVIEW 结构与功能，比如 while 循环、 for 循环、 case结构、 sequence 结构、一系列专业的 LabVIEW 中 FPGA 专属的数学函数、信号产生于分析、线性与非线性控制、对比逻辑、数组和簇操作、 Occurrence（意思是事件发生 ,Occurrence 技术也用于控制相互独立的程序同步运行）、信 号输入与输出和定时。你可以用这些功能的组合往你的 NI RIO 设备上定义逻辑和嵌入信息。 在 NI 的 RIO 硬件上实现 PID（比例积分微分）控制算法的 FPGA 应用和一组在 Windows 机器或 RT 对象和 NI 的 RIO 硬件通信的应用。这种应用读取模拟输入操作（ AIO），运行 PID 计算，并将结果数据输出到模拟输出操作上（ AOO）。
