高可靠性的測試和控制實時技術(shù)和基于FPGA的編程byShawn

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

2、性高可靠性 實時實時 系統(tǒng)必需有時間的約束時間的約束，以防止超時帶來的事故操作系統(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)程序在后臺運行 屏保，磁盤工具，防毒軟件必須處理來自外圍設(shè)備的中斷 鼠標(biāo)，鍵盤等等l 實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)時序安排系統(tǒng)保證高優(yōu)先級任務(wù)最先執(zhí)行高優(yōu)先級任務(wù)優(yōu)先于低優(yōu)先級任務(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 50 kHz一定的實時操作系統(tǒng)下的編程實時操作系統(tǒng)下的編程 通常實時操作系統(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)實時實時應(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)，簡便快速的圖形化操作系統(tǒng)，簡便快速的圖形化開發(fā)開發(fā) 編譯下載到實時目標(biāo)運行，實現(xiàn)極佳的可靠性編譯下載到實時目標(biāo)運行，實現(xiàn)極佳的可靠性開發(fā)（開發(fā)（Develop）下載（下載（Download）實時目標(biāo)實時目標(biāo)主機主機執(zhí)行（執(zhí)行（Execute）默認通信方式上位機顯示的 前面板RT引擎上的執(zhí)行代碼實時目標(biāo)實時目標(biāo)主機主機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實時操作系統(tǒng)微處理器I/O 連通編譯器調(diào)試器實時（實時（Real-Time）開發(fā)工具）開發(fā)工具 開發(fā)軟件實時（Real-Time ）硬件LabV

4、IEW Real-Time 硬件目標(biāo)平臺硬件目標(biāo)平臺Compact Vision SystemCompact FieldPointPXI PCI Plug-In BoardDesktop or Industrial PCLabVIEW Real-TimeCompactRIO演示：基于演示：基于LabVIEW的實時系統(tǒng)的實時系統(tǒng) 控制與設(shè)計控制與設(shè)計 要求實時系統(tǒng)的確定性確定性 快速原型驗證 增加測量以改進和加速設(shè)計過程 硬件在環(huán)測試 通過真實的I/O來驗證模型 自動監(jiān)控儀器自動監(jiān)控儀器 要求實時系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性 使用現(xiàn)成的硬件定制儀器 集成的測試與控制集成的測試與控制 要求實時系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)

5、定性和確定性確定性 測試與控制使用同一個開發(fā)環(huán)境 集成高精度的測量和微秒級的軟件確定性 對大量的I/O擁有現(xiàn)成的驅(qū)動要求實時技術(shù)的典型應(yīng)用要求實時技術(shù)的典型應(yīng)用應(yīng)用案例應(yīng)用案例: 集成測試和控制集成測試和控制Lockheed Martin 風(fēng)洞控制風(fēng)洞控制“使用了LabVIEW Real-Time，我們實現(xiàn)了確定性的時間響應(yīng)，不僅用于采集空氣壓力數(shù)據(jù)，同時提供控制信號反饋到風(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)檢測的動態(tài)信號采集硬件 對共振條件的時間確定性響應(yīng)以太網(wǎng)基于Windows的PCPXI RT

6、 系統(tǒng)(仿真汽車)引擎信號引擎控制模塊 (ECU)12 缸氫原料概念車仿真器使用真實的I/O測試ECU的控制算法應(yīng)用案例應(yīng)用案例: 控制和設(shè)計控制和設(shè)計BMW 用于用于ECU測試的汽車仿真器測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 更高速的控制 傳感器級的信號處理與解碼 專門的通訊協(xié)議 自定義的計數(shù)器和脈沖發(fā)生 降低CPU的處理負擔(dān)視頻演示：基于視頻演示：基于CompactRIO的高速實時控制的高速實時控制發(fā)送正弦波到鋸條發(fā)送正弦波到鋸條 測量從鋸條測量從鋸條讀回的正弦波讀回的正弦波制動制動電機電機Field Programmable Gate Array

7、(FPGA)現(xiàn)場可編程邏輯陣列現(xiàn)場可編程邏輯陣列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 運動/PID) 最高可

8、靠性的硬件邏輯 信號處理 （工業(yè)傳感器信號的解碼）FPGA硬件平臺的選擇硬件平臺的選擇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 百萬和3 百萬門 FPGA 160/96 根數(shù)字線，用途廣泛 定時和同步的AI/AO使用使用LabVIEW開發(fā)開發(fā)FPGA1. 開發(fā)開發(fā) 主機上 2. 下載下載 到目標(biāo)硬件 3. 發(fā)布發(fā)布 獨立運行或者獨立運行或者通過以太網(wǎng)和主機通訊通過以太網(wǎng)和主機通訊 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 硬件級響應(yīng)的仿真利用直觀的圖形化編程語言來設(shè)計NI RIO FPGA 硬件自動代碼生成和下載到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)存儲數(shù)據(jù)存儲LabVIEW Real-Time SystemWindo

10、ws PC企業(yè)企業(yè)UserInterface嚴格定時嚴格定時的的 VI普通優(yōu)先級普通優(yōu)先級VIWindows主機主機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)用機器控制機器控制 包裝包裝/處理處理 高速運動控制， 批量控制， 離散控制 重型機械控制重型機械控制 電源電子，液壓系統(tǒng)的實時信號處理和控制 半導(dǎo)體半導(dǎo)體/生物醫(yī)藥生物醫(yī)藥 定制的運動和視覺監(jiān)控，材料處理機器監(jiān)測機器監(jiān)測 機器狀態(tài)監(jiān)測機器狀態(tài)監(jiān)測 軸承階次分析，潤滑油監(jiān)控，冷卻， 燃

11、燒 移動移動/便攜便攜 DSA, NVH 噪聲，振動，諧波，動態(tài)信號分析，聲學(xué) 分布式采集分布式采集 以太網(wǎng)/無線網(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測試單元測試單元 引擎和引擎控制器的硬件在環(huán)測試，基于FPGA的傳感器仿真 快速控制原型驗證快速控制原型驗證 汽車/航空控制原型韓國大宇電子韓國大宇電子挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn)： 運動控制系統(tǒng)，3維全息照相存儲器的數(shù)據(jù)存儲驗證 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)時間至一個月降低開發(fā)時間至一個月 “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