1、NI區(qū)域銷售工程師 胡信偉Shawn.可靠性的測(cè)試和控制：高可靠性的測(cè)試和控制：實(shí)時(shí)技術(shù)和基于實(shí)時(shí)技術(shù)和基于FPGA的編程的編程議程議程 可靠性測(cè)試和控制的應(yīng)用需求 實(shí)時(shí)技術(shù) 基于LabVIEW的實(shí)時(shí)開發(fā) 實(shí)時(shí)應(yīng)用案例 基于FPGA的可重復(fù)配置I/O技術(shù) 基于LabVIEW的FPGA開發(fā)系統(tǒng) FPGA應(yīng)用案例什么時(shí)候需要高可靠性的測(cè)試和控制？什么時(shí)候需要高可靠性的測(cè)試和控制？最大的系統(tǒng)可靠性可靠性耐久性測(cè)試掃描探針顯微鏡系統(tǒng)響應(yīng)的確定性確定性鉆機(jī)控制嵌入式嵌入式操作什么是實(shí)時(shí)（什么是實(shí)時(shí)（Real-time）？）？ 實(shí)時(shí)實(shí)時(shí) 并不總意味著速度快 實(shí)時(shí)實(shí)時(shí) 意味著高可靠

2、性高可靠性 實(shí)時(shí)實(shí)時(shí) 系統(tǒng)必需有時(shí)間的約束時(shí)間的約束，以防止超時(shí)帶來(lái)的事故操作系統(tǒng)的特性操作系統(tǒng)的特性l 通用操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)很多不相關(guān)程序在后臺(tái)運(yùn)行 屏保，磁盤工具，防毒軟件必須處理來(lái)自外圍設(shè)備的中斷 鼠標(biāo)，鍵盤等等l 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)序安排系統(tǒng)保證高優(yōu)先級(jí)任務(wù)最先執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)任務(wù)優(yōu)先于低優(yōu)先級(jí)任務(wù)沒有外圍設(shè)備中斷控制代碼循環(huán)速率軟件誤差10-100 Hz極大的高達(dá) 50 kHz一定的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的編程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的編程 通常實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的編程非常復(fù)雜，要求很高的編程能力 類似DOS下程序的開發(fā) 在在LabVIEW下開發(fā)下開發(fā)實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序應(yīng)用程序 基于熟悉的基于熟悉的

3、Windows操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)便快速的圖形化操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)便快速的圖形化開發(fā)開發(fā) 編譯下載到實(shí)時(shí)目標(biāo)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)極佳的可靠性編譯下載到實(shí)時(shí)目標(biāo)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)極佳的可靠性開發(fā)（開發(fā)（Develop）下載（下載（Download）實(shí)時(shí)目標(biāo)實(shí)時(shí)目標(biāo)主機(jī)主機(jī)執(zhí)行（執(zhí)行（Execute）默認(rèn)通信方式上位機(jī)顯示的 前面板RT引擎上的執(zhí)行代碼實(shí)時(shí)目標(biāo)實(shí)時(shí)目標(biāo)主機(jī)主機(jī)LabVIEW Real-Time執(zhí)行跟蹤工具LabVIEW Real-Time 目標(biāo)板連接器系統(tǒng)分析工具RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)微處理器I/O 連通編譯器調(diào)試器實(shí)時(shí)（實(shí)時(shí)（Real-Time）開發(fā)工具）開發(fā)工具 開發(fā)軟件實(shí)時(shí)（Real-Time ）硬件LabV

4、IEW Real-Time 硬件目標(biāo)平臺(tái)硬件目標(biāo)平臺(tái)Compact Vision SystemCompact FieldPointPXI PCI Plug-In BoardDesktop or Industrial PCLabVIEW Real-TimeCompactRIO演示：基于演示：基于LabVIEW的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng) 控制與設(shè)計(jì)控制與設(shè)計(jì) 要求實(shí)時(shí)系統(tǒng)的確定性確定性 快速原型驗(yàn)證 增加測(cè)量以改進(jìn)和加速設(shè)計(jì)過程 硬件在環(huán)測(cè)試 通過真實(shí)的I/O來(lái)驗(yàn)證模型 自動(dòng)監(jiān)控儀器自動(dòng)監(jiān)控儀器 要求實(shí)時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性 使用現(xiàn)成的硬件定制儀器 集成的測(cè)試與控制集成的測(cè)試與控制 要求實(shí)時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)

5、定性和確定性確定性 測(cè)試與控制使用同一個(gè)開發(fā)環(huán)境 集成高精度的測(cè)量和微秒級(jí)的軟件確定性 對(duì)大量的I/O擁有現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)要求實(shí)時(shí)技術(shù)的典型應(yīng)用要求實(shí)時(shí)技術(shù)的典型應(yīng)用應(yīng)用案例應(yīng)用案例: 集成測(cè)試和控制集成測(cè)試和控制Lockheed Martin 風(fēng)洞控制風(fēng)洞控制“使用了LabVIEW Real-Time，我們實(shí)現(xiàn)了確定性的時(shí)間響應(yīng)，不僅用于采集空氣壓力數(shù)據(jù)，同時(shí)提供控制信號(hào)反饋到風(fēng)洞用于改變操作環(huán)境。” Mike Fortenberry, G Systems Inc. 基于PXI的數(shù)據(jù)采集和控制 用于引擎狀態(tài)檢測(cè)的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集硬件 對(duì)共振條件的時(shí)間確定性響應(yīng)以太網(wǎng)基于Windows的PCPXI RT

6、 系統(tǒng)(仿真汽車)引擎信號(hào)引擎控制模塊 (ECU)12 缸氫原料概念車仿真器使用真實(shí)的I/O測(cè)試ECU的控制算法應(yīng)用案例應(yīng)用案例: 控制和設(shè)計(jì)控制和設(shè)計(jì)BMW 用于用于ECU測(cè)試的汽車仿真器測(cè)試的汽車仿真器如果擁有更高的需求？如果擁有更高的需求？ 更高的可靠性硬件級(jí) 更高速的控制 傳感器級(jí)的信號(hào)處理與解碼 專門的通訊協(xié)議 自定義的計(jì)數(shù)器和脈沖發(fā)生 降低CPU的處理負(fù)擔(dān)視頻演示：基于視頻演示：基于CompactRIO的高速實(shí)時(shí)控制的高速實(shí)時(shí)控制發(fā)送正弦波到鋸條發(fā)送正弦波到鋸條 測(cè)量從鋸條測(cè)量從鋸條讀回的正弦波讀回的正弦波制動(dòng)制動(dòng)電機(jī)電機(jī)Field Programmable Gate Array

7、(FPGA)現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列FPGA是什么？ 具有未連接邏輯單元的硅片 使用者可以定義或重定義功能FPGA如何工作？ 軟件定義操作功能 編譯并下載到硬件什么時(shí)候使用FPGA ？ 產(chǎn)量不夠大，不能支持使用ASIC 需要頻繁更改或更新的設(shè)計(jì)將將FPGA技術(shù)加入到技術(shù)加入到PAC系統(tǒng)中系統(tǒng)中可重復(fù)配置可重復(fù)配置 I/O (RIO) 技術(shù)技術(shù)使用LabVIEW的圖形化編程工具快速設(shè)計(jì)和自定義 FPGA 電路使用 VHDL使用 LabVIEW 圖形化的工具可重復(fù)配置可重復(fù)配置 I/O (RIO) 技術(shù)架構(gòu)技術(shù)架構(gòu) 高速控制 (1 MHz 數(shù)字, 200 kHz 運(yùn)動(dòng)/PID) 最高可

8、靠性的硬件邏輯 信號(hào)處理 （工業(yè)傳感器信號(hào)的解碼）FPGA硬件平臺(tái)的選擇硬件平臺(tái)的選擇CompactRIO 基于FPGA的可重復(fù)配置的嵌入式系統(tǒng) 50G沖擊, -40 to 70 C 的溫度范圍 智能型智能型DAQ PXI, PCI 1 百萬(wàn)和3 百萬(wàn)門 FPGA 160/96 根數(shù)字線，用途廣泛 定時(shí)和同步的AI/AO使用使用LabVIEW開發(fā)開發(fā)FPGA1. 開發(fā)開發(fā) 主機(jī)上 2. 下載下載 到目標(biāo)硬件 3. 發(fā)布發(fā)布 獨(dú)立運(yùn)行或者獨(dú)立運(yùn)行或者通過以太網(wǎng)和主機(jī)通訊通過以太網(wǎng)和主機(jī)通訊 RIO Assistant Easy to Use Tool After LabVIEW 8.20 rel

9、eases in August, we can add RIO assistant slide hereNI LabVIEWLabVIEW Real-Time 確定性的模型執(zhí)行 和I/O的接口LabVIEW FPGA 自定義 I/O 硬件級(jí)響應(yīng)的仿真利用直觀的圖形化編程語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)NI RIO FPGA 硬件自動(dòng)代碼生成和下載到FPGA芯片統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境：統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境：LabVIEWLabVIEW Real-Time下的下的FPGA軟件開發(fā)框架軟件開發(fā)框架可重復(fù)配置可重復(fù)配置FPGALabVIEW FPGA VI數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)LabVIEW Real-Time SystemWindo

10、ws PC企業(yè)企業(yè)UserInterface嚴(yán)格定時(shí)嚴(yán)格定時(shí)的的 VI普通優(yōu)先級(jí)普通優(yōu)先級(jí)VIWindows主機(jī)主機(jī)VI網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信線程間通信線程間通信FPGA接口接口LabVIEWfor WindowsLabVIEW FPGALabVIEW Real-Time主要的基于主要的基于 FPGA硬件的應(yīng)用硬件的應(yīng)用機(jī)器控制機(jī)器控制 包裝包裝/處理處理 高速運(yùn)動(dòng)控制， 批量控制， 離散控制 重型機(jī)械控制重型機(jī)械控制 電源電子，液壓系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信號(hào)處理和控制 半導(dǎo)體半導(dǎo)體/生物醫(yī)藥生物醫(yī)藥 定制的運(yùn)動(dòng)和視覺監(jiān)控，材料處理機(jī)器監(jiān)測(cè)機(jī)器監(jiān)測(cè) 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè) 軸承階次分析，潤(rùn)滑油監(jiān)控，冷卻， 燃

11、燒 移動(dòng)移動(dòng)/便攜便攜 DSA, NVH 噪聲，振動(dòng)，諧波，動(dòng)態(tài)信號(hào)分析，聲學(xué) 分布式采集分布式采集 以太網(wǎng)/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)電的中央控制汽車與航空汽車與航空 車載數(shù)據(jù)采集車載數(shù)據(jù)采集 汽車，摩托車，休閑交通工具，研發(fā)航天器，火車 引擎和引擎和ECU測(cè)試單元測(cè)試單元 引擎和引擎控制器的硬件在環(huán)測(cè)試，基于FPGA的傳感器仿真 快速控制原型驗(yàn)證快速控制原型驗(yàn)證 汽車/航空控制原型韓國(guó)大宇電子韓國(guó)大宇電子挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn)： 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，3維全息照相存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)驗(yàn)證 解決方案：解決方案： LabVIEW FPGA 和CompactRIO 替代了客戶定制的 DSP 板 降低開發(fā)時(shí)間至一個(gè)月降低開發(fā)時(shí)間至一個(gè)月 “由于National Instruments提供了基于FPGA的高速CompactRIO系統(tǒng)，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)我們的系統(tǒng)竟然開發(fā)得如此之