6
Передовые ТЕХНОЛОГИИ и технические РЕШЕНИЯ
4/2004
П
ринципиально новый подход к
созданию систем управления и
сбора данных реализован в се
рии устройств CompactRIO компанией
National Instruments, США. Com
pactRIO это высокопроизводитель
ная, суперкомпактная, отказоустойчи
вая "embedded" платформа, основан
ная на технологии RIO (reconfigurable
I/O technology) и графического прог
раммирования LabVIEW. Технология
RIO позволяет разработчику синтези
ровать собственную структуру конт
роллера или системы сбора данных
для решения конкретной задачи, ис
пользуя перепрограммируемую с по
мощью LabVIEW логику FPGA (field
programmable gate array).
"Благодаря большим функцио
нальным возможностям при малых
габаритах, потребляемой мощности и
невысокой стоимости, микросхемы
FPGA давно уже широко применяются
разработчиками электронщиками.
Технология же RIO позволяет исполь
зовать преимущества FPGA более ши
рокому кругу специалистов инжене
рам, технологам, научным работни
кам и даже студентам" сказал Tim
Dehne, вице президент по исследова
ниям и разработкам NI "Владея Lab
VIEW как универсальным языком
программирования, нет необходи
мости в освоении специализирован
ных языков разработки БИС".
Популярно о FPGA
FPGA это полупроводниковый
прибор (микросхема), содержащий
большое количество простых логи
ческих устройств "ячеек" (gates), не
имеющих соединений друг с другом.
Функции ячеек и их связи определя
ются загружаемым в FPGA листингом
соединений.
Проще говоря, FPGA это как пе
чатная плата, на которой установлено
много микросхем средней степени
интеграции, а печатные проводники
отсутствуют. Листинг же определяет
какой вывод с каким должен быть со
единен, т.е. топологию платы. Но ма
териализованный в печатных провод
никах на плате листинг исключает воз
можность "пе
репрограмми
рования". Дру
гое дело, если
трассировку
выполнить ме
тодом накрутки
проводников
на выводы
микросхем.
FPGA тем и привлекательна, что
позволяет реконфигурировать на
чинку микросхемы как в процессе
создания требуемой структуры, так и
при ее модернизации. Выполняется
это, конечно, "путем снятия ранее
смонтированных проводников и раск
рутки по новому".
Современные микросхемы FPGA
содержат матрицу из миллионов кон
фигурируемых логических блоков
(CLBs), обрамленных периферийны
ми блоками ввода/вывода. Для прог
раммирования используется инстру
ментальное ПО, с помощью которого
назначаются логические функции,
выполняется анализ, проверка пра
вильности соединений, оценка вре
мени прохождения сигналов, трасси
ровка и т.п.
RIO технология
Освоить технологию програм
мирования FPGA не просто, даже если
это язык уровня VHDL. Интуитивно по
нятно какие возможности при этом
открываются для построения систем
управления. Как же на практике, нап
ример, системному интегратору реа
лизовать преимущества FPGA.
National Instruments предлагает ис
пользовать LabVIEW. А почему бы и
нет. Ведь LabVIEW как универсальный
инструмент успешно используют и для
создания прикладного программного
обеспечения верхнего уровня АСУ ТП,
и для программирования контролле
ров нижнего уровня (например, конт
роллеров Compact FieldPoint).
LabVIEW и модуль LabVIEW
FPGA образуют среду графического
программирования микросхем FPGA,
установленных на платформах NI PCI,
PXI, в устройствах DAQ серии и Com
pactRIO. "Начинка" FPGA создается как
виртуальный прибор VI на хост
компьютере, работающем под Win
dows, тестируется, компилируется и
загружается в ядро RIO. Разработчик
использует знакомые ему функции и
определения: циклы типа for Loops,
While Loops, Case и Sequence структу
ры, целочисленные математические
функции, булевы операции, опера
ции сравнения, массивы и кластеры,
National Instruments (CША)
Технология
реконфигурирования FPGA
в контроллерах CompactRIO