利用FPGA实现用户自定义测量控制系统

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。

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。

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。