原创 02 LabVIEW开发工具包 之 嵌入式开发和部署

2.5. 嵌入式开发和部署

2.5.1.    NI LabVIEW v8.6 Real Time Module 实时测量与控制模块

u       本产品可作为分布式、独立式或嵌入式系统安装 <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

u       用图形化编程方式设计实时应用

u       使用内置PID控制函数或创建个性化的控制算法

u       下载虚拟仪器程序到目标硬件上运行, 实现确定可靠的性能

u       可单独购买本产品或购买包括本产品的NI开发者套件  

u       NI实时执行跟踪工具包（NI Real-Time Execution Trace Toolkit）

NI网址：http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/11766

LabVIEW Real-Time模块是用于LabVIEW开发系统的附加组件。 该软件为特定的实时目标编译和优化LabVIEW 图形化代码。 在用于Windows的LabVIEW实时(Real-Time)模块(ETS)中，您可以为所有的NI实时硬件目标开发和配置应用程序，包括PXI、Compact FieldPoint、FieldPoint、PCI插入式板卡以及经认证的桌面计算机。用于这些目标的嵌入式RTOS是可以为嵌入式代码提供最大可靠性的单个内核。

LabVIEW 8 RT模块将LabVIEW带入了实时测量与控制应用中。工程师们利用这一模块在一台主机上开发LabVIEW应用程序，然后将它们下载到一个运行实时操作系统的硬件设备上工作。

"LabVIEW RT（实时）使用指南克服了以往存在的种种困难，帮助用户更快速更容易地搭建系统。LabVIEW在为每个工程师都提供实时功能的努力上又跨出了一步。"

LabVIEW Real-Time模块是用于LabVIEW开发系统的附加组件。 该软件为特定的实时目标编译和优化LabVIEW 图形化代码。 在用于Windows的LabVIEW实时(Real-Time)模块(ETS)中，您可以为所有的NI实时硬件目标开发和配置应用程序，包括PXI、Compact FieldPoint、FieldPoint、PCI插入式板卡以及经认证的桌面计算机。用于这些目标的嵌入式RTOS是可以为嵌入式代码提供最大可靠性的单个内核

NI LabVIEW、LabVIEW Real-Time模块以及RT系列硬件为数据采集和控制系统带来可靠确定的实时性能。 使用LabVIEW图形化编程环境，您可在台式机上开发LabVIEW Real-Time嵌入式控制应用程序，接着在独立的硬件上下载并执行该程序。 LabVIEW实时终端包括运行RTOS的嵌入式处理器、板载内存、本地数据存储，以及与串口、Ethernet和GPIB等与外设连接额接口。 根据您实时系统的速度和I/O要求 ,选择您的RT系列硬件目标。 当您的系统要求升级时，您可改变执行目标而应用程序软件仅发生最小的变动。

NI的实时产品结合了LabVIEW图形化开发环境专有的实时性能和FPGA，满足实时性、可靠性和无需用户干预的需求。这些工具非常适合开发相关的测量和控制系统，这些系统可以满足很多行业对于实时性和最大灵活性的需求。

LabVIEW Real-Time模块以及它的实时对象，扩展了LabVIEW图形化开发环境的功能，实现了其在目标硬件上的可靠、确定的运行。对于高级软件分析，LabVIEW Execution Trace Toolkit生成详细的应用记录，用于优化实时应用。对于增加的决定性的需求，LabVIEW FPGA 模块结合可配置I/O等硬件，提供纳秒级的硬件响应。

NI为用户提供专业级的软、硬件工具用于开发集成式实时控制解决方案。利用LabVIEW RT(实时)模块与专门的RT系列硬件，您就可以自定义开发各种嵌入式实时系统。

您可以先在LabVIEW图形化编程环境下迅速开发出强大的应用程序，然后利用LabVIEW RT模块将应用程序下载到指定的RT系列硬件上运行，即可确保可靠的实时性能：

利用图形化的编程方式开发可靠的鲁棒形强的实时应用系统

精确的、确定性的执行性能

减少集成诸多不同类型I/O所需的时间

NI LabVIEW 执行跟踪工具包

u       通过识别内存分配、休眠长度和资源冲突的情况以优化性能

u       交互式分析线程及VI执行情况并记录其基准点

u       将跟踪对话发送至主机或存储为本地文件

u       对于存档和代码审阅打印跟踪对话

u       创建LabVIEW Real-Time以及LabWindows?/CVI Real-Time 应用执行状况的跟踪数据

NI网址：http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/13746

National Instruments LabVIEW 执行跟踪工具包为实时开发者提供了分析和验证NI LabVIEW Real-Time以及LabWindows?/CVI Real-Time代码执行情况的交互式工具。 只需修改少量嵌入式代码，本工具包能以图形化的方式显示多线程代码的执行状况，同时突出显示了线程交换、互斥量和内存分配。 这些信息能帮助您优化实时代码，从而获得更快的控制循环和更确定可靠的性能。 本工具包允许您在LabVIEW Real-Time目标上验证代码执行，这些目标包括PXI控制器、Compact FieldPoint控制器、FieldPoint控制器、compact视觉系统、real-time PCI插入式板卡和运行Venturcom Phar Lap ETS OS的台式机。 本工具包要求主机使用Windows 2000/XP系统

2.5.2.    NI LabVIEW 8.6 FPGA Module模块

u       无需VHDL编码或板卡设计，创建您自己的I/O硬件

u       同步、确定地执行任务

u       以25 ns的分辨率实现定制的定时和触发

u       用高达40MHz的循环率来定义您自己的控制算法

u       NI RIO硬件FPGA模块的图形化配置

NI网址：http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/11834

NI LabVIEW软件及其FPGA模块为NI可重配置的I/O(RIO)硬件上的现场可编程门阵列(FPGA)芯片提供了图形开发功能。使用NI LabVIEW FPGA模块，当您在Windows主机上开发FPGA VI程序的同时，LabVIEW则编译并执行硬件中的代码。您能创建嵌入式FPGA VI程序，该程序将直接访问I/O的权限与用户定义的LabVIEW逻辑相结合，从而定义用户化的硬件应用，如数字协议通信、在环仿真以及快速控制成型等。

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

在现在的数字电路设计中，FPGA发挥着越来越重要的作用。从简单的接口电路设计到复杂的状态机，甚至“System On Chip”，FPGA所扮演的角色已经不容忽视。它的可编程特性带来了电路设计的灵活性，缩短了产品的“time to market”。FPGA的设计技术已经成为电子工程师必须掌握的一项技能。

National Instruments LabVIEW软件及其FPGA模块为NI可重配置的I/O(RIO)硬件上的现场编程门阵列（FPGA）芯片提供了图形开发功能。 使用NI LabVIEW FPGA模块，当您在Windows主机上开发FPGA VI程序的同时，LabVIEW则编译并实行硬件中的代码。 您能创建嵌入式FPGA VI程序，该程序将直接访问I/O的权限与用户定义的LabVIEW逻辑相结合，从而定义用户化的硬件应用，如数字协议通信，在环仿真以及快速控制成型等。

新版软件提供最新FPGA和多核IP，支持更多最新基于NI FPGA的硬件产品

2008年8月 NI 近日隆重推出了用于控制、测试与嵌入式系统开发的最新LabVIEW图形化系统设计平台软件——LabVIEW 8.6。新版本的LabVIEW软件将图形化编程环境与商业现成(COTS)多核技术、现场可编程门阵列(FPGA)技术相结合，提升了嵌入式系统的性能，缩短了上市时间。LabVIEW 8.6引入新的FPGA IP工具，在有效降低基于FPGA的嵌入式系统的开发难度的同时优化了分析功能，使其在多核系统中有更快的运行速度。工程师们还可以将LabVIEW 8.6应用程序发布到商业可用的可重配置I/O(RIO)硬件，包括NI CompactRIO和新推出的NI Single-BoardRIO平台，从而缩短嵌入式应用的上市时间。

“为满足尖端设计应用(如机器人系统、混合动力车辆和医疗设备)对性能和效率的要求，工程师们必须具备快速整合如多核处理器和FPGA等最新技术的能力，LabVIEW不仅通过并行编程特性提供给工程师们享用这些新兴技术最捷径的通道，同时也给予用户们高度的灵活性来方便地使用复杂算法设计对应的解决方案”

NI公司总裁兼CEO、NI共同创始人之一James Truchard博士

利用新的IP工具快速设计FPGA应用程序

利用LabVIEW FPGA 8.6的新特性和NI 基于FPGA的硬件产品，工程师们可以通过使用大量用于信号处理、控制和通信的图形化FPGA IP组块进行开发，以缩短开发时间并降低开发成本。LabVIEW 8.6提供了新的定点运算IP，包括一个快速傅里叶变换（FFT）IP核，可帮助工程师们在机器状况监测和RF测试等应用中直接实现频谱分析功能以提高性能。为提高FPGA开发效率，LabVIEW 8.6还提供了一种新型的元件级IP(CLIP)节点，用于将现有的VHDL IP导入到LabVIEW FPGA模块。利用LabVIEW中新的系统级的仿真，工程师们可以评估包括FPGA、微处理器和主机接口代码在内的整个系统运行。此外，工程师们还可以利用静态数据输入描述文件或动态系统模型，对嵌入式设备与其外界环境的交互行为进行仿真。

通过NI 新硬件产品加强板卡级的设计

利用LabVIEW 8.6和新的NI RIO嵌入式硬件，工程师和科学家们可在CompactRIO等硬件上快速原型化高级控制算法与嵌入式应用，并在板卡级的嵌入式硬件（如新的NI Single-Board RIO设备）上发布系统以快速上市。在传统的开发流程中，嵌入式开发人员需要拼凑甚至构建各种面向I/O和通信的设备驱动程序，以创建一个具有实时处理器和FPGA的嵌入式设备。而对LabVIEW来说，由于其包含了所有的中间件工具，使工程师们可以仅利用一个图形化工具就完成对NI RIO硬件的实时处理器、FPGA的编程和对I/O端口的重配置，方便了产品开发并缩短了产品的上市时间。LabVIEW平台还可以利用NI LabVIEW面向ARM微控制器的嵌入式模块拓展至ARM 7、ARM 9和Cortex-M3微控制器上，或者利用NI LabVIEW面向ADI Blackfin处理器的嵌入式模块，选用ADI公司的Blackfin处理器。

拥有面向高端设计的多核处理器的技术优势

LabVIEW 8.6多核功能满足了对性能要求较高的嵌入式应用挑战，如硬件在环仿真和高能物理学。为提高应用性能，LabVIEW 8.6提供了超过1200个为在多核系统上更快速执行而优化的高级分析函数。采用控制设计，使用已针对多核进行优化的LabVIEW控制设计与仿真模块8.6版，工程师们可以在多核系统上更快速地执行基于模型的仿真，其速度可提高达5倍。

NI LabVIEW FPGA 测控平台包含领域有：分布式监控与结构健康监控，机器状态监控，机器控制与医疗设备，机器人，快速原型与硬件在环仿真/ 测试。

目 录

分布式监控与结构健康监控

鸟巢和水立方采用LabVIEW 和CompactRIO 平台搭建结构监测系统

梅亚查体育场使用CompactRIO 平台搭建先进的结构监测系统

NI CompactRIO 模块在海洋环境多物理场测量中的应用

基于CompactRIO 的大桥健康监控系统

UCLA 使用NI LabVIEW 与NI CompactRIO 进行哥斯达黎加境内的雨林环境监控

机器状态监控

F’IS 基于CompactRIO 的机械状态监测系统

户外深坑采矿挖掘机状态监测

便携式汽车部件实时振动监测系统

通过NI LabVIEW 和CompactRIO 构建发电设备的在线诊断系统

基于NI CompactRIO 的大型变频鼓风机数据采集和分析系统

用于电厂保护的发电机综合数据采集与分析装置

机器控制与医疗设备

在癌症肿瘤医疗中使用NI 图形化设计平台

采用LabVIEW FPGA 改善视网膜疾病的治疗

伊利诺伊大学学生使用NI LabVIEW 开发思想控制轮椅

NI 帮助NASA（美国航空航天局）探索宇宙起源

GE 中国利用CompactRIO 开发EDM 过程控制器

Daewoo 电子使用LabVIEW FPGA 和CompactRIO 开发高精度伺服控制系统

基于Compact RIO 的机载控制台的开发和应用

机器人

用CompactRIO 开发无人驾驶的旋翼飞行器

NI CompactRIO 帮助Nexans 公司开采海底天然气

清华大学基于CompactRIO 的快速原型智能车项目

NI CompactRIO 和LabVIEW 在赛车测试中的应用

基于NI CompactRIO 平台开发并控制无人水下探测车

快速原型与硬件在环仿真/ 测试

西门子开发动态涡轮仿真器用于蒸气涡轮控制器测试

Drivven 公司使用NI CompactRIO 开发基于FPGA 的引擎控制系统原型

Samsung Techwin 使用NI LabVIEW 和CompactRIO 开发实时引擎仿真系统

BMW 氢能7 系使用基于FPGA 的PXI RIO 设备进行硬件在环测试

利用 FPGA 生成 PWM 实现 MPPT 太阳能发电系统的设计与研发

2.5.3.    Microprocessor SDK v8.6嵌入式系统开发模块

u       将任何32位微处理器作为对象

u       将任何嵌入式操作系统作为对象

u       通过范例型微处理器 (如: ARM、PPC、x86和ColdFire), 迅速启动您的开发

NI

LabVIEW Microprocessor SDK (软体开发组合)，可搭配使用其他製造商的工具链与嵌入式作业系统，以构成所需的 32 位元平台。透过 LabVIEW Microprocessor SDK，可使用特定 VI 整合 C 程式码、类比、数位，与通讯 I/O 驱动程式。此模组具有多组范例系统，适用于常见的处理器架构，包含 PowerPC、ARM、TI C6x/x86，与 ColdFire。

您可通过NI LabVIEW微处理器SDK（软件开发工具包）为任何32位微处理器进行图形化编程。利用NI LabVIEW图形化开发环境，为您的应用程序实现逻辑、控制、信号处理和分析功能。您必须将您的工具链与嵌入式操作系统集成，才可对LabVIEW应用程序进行编译、链接并将其下载到32位目标上。

未来的挑战是一次性编写控制程序，然后将相同的程序应用到各种PC、PLC或嵌入式目标设备中去。自动化工程师需要在满足自动化系统的性价比要求基础上对PLC、可编程自动化控制器(PAC)、微处理器、数字信号处理器(DSP)或FPGA器件做出正确选择。NI LabIEW图形化开发平台提供的各种模块可以帮助设计师将代码移植到不同的平台上。设计师可以利用LabVIEW以图形化的方式开发程序，然后利用LabVIEW Real-Time工具在实时操作系统上配置应用程序，利用LabVIEW FPGA将代码输出到FPGA，利用LabVIEW DSP将代码配置到DSP，并利用LabVIEW Embedded将代码传送给32位微处理器。

LabVIEW 8.5简化了在NI CompactRIO 或PXI硬件平台，以及标准台式计算机、FPGA或自定义设计板卡上的原型设计和发布——所有这些都使用同一个LabVIEW图形化开发方式。全新的LabVIEW FPGA向导(LabVIEW FPGA Wizard)自动生成I/O代码和定时结构，在FPGA硬件中为自定义的实时I/O系统快速地设计原型系统，包括NI PXI, CompactRIO和标准台式计算机。工程师们可以在标准台式计算机的插入式板卡上运行这些基于FPGA的目标硬件，实现快速、低价位的系统原型。此外，LabVIEW 8.5嵌入式开发模块(LabVIEW 8.5 Embedded Development Module)可以帮助工程师们在基于32位微处理器的自定义设计上运行他们的LabVIEW算法。

LabVIEW 8.5嵌入式模块支持的全新嵌入式目标硬件包括TI 6713 和Philips ARM7 229x处理器，以及QNX 和 MonteVista Linux嵌入式操作系统。

2.5.4.    LabVIEW Embedded Module for ARM Microcontrollers v1.1

u       与260多种ARM7, ARM9和Cortex-M3微控制器配合使用

u       针对模拟和数字I/O, 脉冲宽度调制 (PWM), TCP/IP, 串口, I<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />2C和SPI等的完整驱动

u       仿真外围I/O等桌面应用, 实现激励/响应

u       简单API融C代码和图形化代码于一身, 用以实现混合编程

NI网址：http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/205040

用于ARM微控制器的NI LabVIEW嵌入式模块，可为全球最热销的嵌入式32位精简指令集运算(RISC)处理器提供图形化编程。其完整的开发环境适用于ARM7、ARM9和Cortex-M3微控制器。这一新型模块由NI和ARM公司联合开发，无缝集成了NI LabVIEW嵌入式技术和Keil RealView微控制器开发环境，能够向用户提供无缝而现成的嵌入式编程体验。

1.1.5.     Embedded Module for ADI BlackFin Processors v8.6设计模块

u       平台ADSZ-BF533 以及ADSZ-BF537 EZKIT LITE

u       针对Blackfin高性能, 低功耗嵌入式处理器系列

u       部署NI LabVIEW应用, 自定义硬件设计

u       可重复利用现有的嵌入式算法或传统的嵌入式软件

u       包含用于数款常见ADI组件的完整集成式组件驱动器

u       包含VisualDSP++ 5.0, ADSP-BF537 EZ-KIT Lite, 电路图, 电缆, 头戴式耳机

NI网址：http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/202659

ADI网址：

http://www.analog.com/en/embedded-processing-dsp/blackfin/content/labview_embedded_for_blackfin/fca.html

美国国家仪器有限公司（National Instruments，简称NI）与美商亚德诺(Analog Devices Inc.（ADI）联合发布专用于ADI Blackfin处理器的NI LabVIEW嵌入式模块，将LabVIEW图形化数据流的开发环境扩展到高性能、低功耗的Blackfin处理器，进行快速的嵌入式系统开发。通过这一专用的图形化开发平台，ADI 和NI为业界推出这一现成即用、集成的解决方案，帮助没有嵌入式编程经验的领域专家克服嵌入式开发过程中遇到的传统挑战，快速完成复杂应用的开发。

    "使用NI LabVIEW嵌入式技术，我们就可以一步到位完成系统建模的硬件在环测试和原型制造。" Boston Engineering的设计工程师Erik Goethert表示"这意味着我们可以花更少的时间在细节的了解和传统低层工具的语法上，而可以把更多的时间用于改良我们的设计。"

    有了专用于ADI Blackfin处理器的NI LabVIEW嵌入式模块，领域专家们就可以在同一平台上完成算法设计、原型设计到发布和测试的整个开发应用过程。这一图形化的软件包括140多种Blackfin特有的、手工优化的数学、分析和信号处理函数；如音频和视频DAC, ADC 和CODEC等集成I/O；芯片调试以及通过以太网轻松地完成图形化连接。专用于ADI Blackfin处理器的NI LabVIEW嵌入式模块包括全功能的ADI VisualDSP++ C开发和调试环境，该环境用于底层访问、实时、交互式调试，以及直接发布到Blackfin芯片的功能。工程师和科学家们可以在LabVIEW中运用图形化方式调试代码，或者对图形化代码和C源代码同时进行调试。这一全新的模块产品将配有包括音频、控制、电源监测和通讯的例程供参考。此外，该模块还提供与NI测试测量硬件的直接连接性，用于在开发的早期阶段发布外部仿真和测试方法。

    工业和院校人员正在应用专用于ADI Blackfin处理器的NI LabVIEW嵌入式模块来简化他们的嵌入式系统开发。例如，Boston Engineering的工程师们使用该模块开发诸如数字影像印刷亭（digital film printing kiosk）这样复杂的嵌入式控制系统。为了加快产品上市时间并能在短时间内改变系统要求，他们在LabVIEW中将标准的设计仿真工具与实际数据集成在一起，从而优化设计。他们在NI CompactRIO平台上快速地建立了系统原型，然后导入一个自定义的基于Blackfin处理器的系统来降低成本和体积。此外，另一个例子是University of Massachusetts Lowell的一位副教授在一门本科课程中成功地采用了完全基于专用于ADI Blackfin处理器的NI LabVIEW嵌入式模块和ADI Blackfin Handy Board（这是一种自定义、手持的机器人控制板卡）的机器人和控制技术。这种结合了直观的图形化编程以及灵活的Blackfin处理器的方式帮助Fred Martin博士创建了一个高效的学习环境。

    "LabVIEW嵌入式技术使得不熟悉嵌入式系统的人员也可以进行机器人编程，提供给用户C语言编程外的另一种选择。" Martin博士表示"LabVIEW图形化编程模型在信号流和信号处理应用方面具有强大的优势，尤其是对于嵌入式设计，比基于文本的语言要好很多。"

请访问：www.ni.com/labview/blackfin 或 www.analog.com/blackfinlabview ，了解更多关于专用于ADI Blackfin处理器的NI LabVIEW嵌入式模块的介绍，并包括在线评估、教程和数据表信息。

2.5.6.    DSP Module v8.6设计模块

u       支持三种DSP对象，可作为最终实施的选择

u       使用LabVIEW数字滤波器设计工具包设计的数字滤波器

u       Express VI使开发更轻松，有助缩短开发时间

u       须配备LabVIEW完整版或专业版开发系统

u       上百个内置DSP函数方便快速开发

u       独立的应用开发能力

NI网址：http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/201839

http://www.ni.com/dsp/zhs/

LabVIEW DSP模块--用于NI SPEEDY-33和TI DSK；用于快速DSP应用开发的图形化编程环境

您可通过NI LabVIEW DSP模块为几种实时DSP模块进行图形化编程。 NI LabVIEW DSP模块基于NI LabVIEW--工业标准的设计、测量和控制工具，即使您并不熟悉DSP，该模块的交互性和易用性也能助您轻松快速地创建应用程序。 LabVIEW DSP模块还附带内容广泛的信号处理算法库，用于应用程序的设计、测试和建模。 LabVIEW DSP模块也可与多种DSP对象配合使用，为最终实现提供了一种硬件的选择。 LabVIEW DSP模块仅支持以下三种DSP对象-- NI SPEEDY-33、Texas Instruments TMS320C6711和TMS320C6713 DSK。 除上述支持的DSP对象，LabVIEW DSP模块无法与其他DSP对象一起使用，即使二者使用的是相同的DSP芯片。

2.5.7.    NI LabVIEW v8.6 Mobile Module 移动模块

NI网址：http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/12222

Mobile Module 可将 LabVIEW 图形化开发环境延伸至掌上型装置，轻松于 Pocket PC 装置的 Microsoft Windows Mobile 上建立客制应用。

NI LabVIEW Windows Mobile Module 可兼容多款 NI 数据撷取卡，包含 USB-6008、USB-6009、CF-6004、DAQCard-6062E、DAQCard-6024E，与 DAQCard-6036E。使用这些硬件装置，即可建立适用于各种领域的掌上型量测系统。从汽机车的量测应用、现场诊断，乃至于生理监测 (Physiological monitoring) 。

此外，LabVIEW Windows Mobile Module 可搭配使用 NI PCMCIA-4050 多功能数字电表 (DMM)，亦可于掌上型系统或智能型手机中建立客制化 DMM。