使用NI PXI和LabVIEW實時模塊有效簡化硬件在環(huán)仿真

系統(tǒng)設(shè)計

在5 個月內(nèi)交付的嚴格時間表和具有高度成本效益的需求，進一步增加了這個在技術(shù)上已經(jīng)十分具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)的限制條件。我們認為NI 公司的PXI 系列產(chǎn)品是實現(xiàn)這個系統(tǒng)的合適而優(yōu)秀的平臺。嵌入式實時控制器的可用性、用于模擬和數(shù)字I/O 端口的各種NI 模塊、對于ARINC-429、反射內(nèi)存卡和IRIG-B 同步電路板等第三方廠商的開放性，以及使用LabVIEW和LabVIEW Real-Time軟件可能帶來的快速軟件開發(fā)，是整個工程解決方案中不可或缺的部分，將在下面的高級構(gòu)架中一一介紹。

信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集

由于場傳感器LVDT 和RVDT 產(chǎn)生的信號有著各種不同的、自定義的特性，我們設(shè)計并實現(xiàn)了自定義的信號調(diào)理硬件，用于放大信號，并且提供隔離以及同步采樣等功能。經(jīng)調(diào)理后的信號被連到放在多個機架中的NI I/O 模塊上。PXI 平臺提供了必要的模塊功能和系統(tǒng)靈活性，以及精確的定時同步和實時時鐘的分配。在系統(tǒng)開發(fā)的早期階段，我們成功地驗證了一個滿容的PXI 機箱可以以1kHz 的速率進行全速數(shù)據(jù)采集，而沒有任何吞吐量的瓶頸。對于TCP/IP、反射內(nèi)存以及CPU 中斷次數(shù)的吞吐量和確定性檢查也是成功的，這使得對系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計的審查是十分成功的。

應(yīng)用程序軟件

系統(tǒng)配置如標簽名稱、硬件通道關(guān)聯(lián)、采樣速率、工程轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)校準信息被保存在Windows 數(shù)據(jù)庫中。

LabVIEW 軟件允許在針對具體設(shè)備測試的系統(tǒng)配置中，創(chuàng)建硬件資源和數(shù)據(jù)庫信息。一經(jīng)創(chuàng)建，將對配置進行系統(tǒng)完整性和吞吐量需求的檢查，并且下載到PXI 節(jié)點上運行LabVIEW 實時模塊的嵌入式目標上。

LabVIEW 實時模塊對整個系統(tǒng)進行初始化，并且利用PXI 定時模塊來同步所有的PXI 節(jié)點。Averna 公司為PXI-7831R 模塊開發(fā)了個性化的FPGA 代碼，用于使用PXI 時鐘來產(chǎn)生ARINC 收發(fā)器模塊所需要的IRIG-B同步信號。PXI實時控制器上運行的時間臨界代碼與信號調(diào)理硬件進行握手，并且確定性地采集輸入信號同時更新輸出信號，所有的I/O 操作在相同的時鐘沿上發(fā)生。

仿真節(jié)點在十余個臺式機節(jié)點上運行MathWorks公司的Simulink設(shè)備模型。所有的PXI 和仿真節(jié)點共享數(shù)據(jù)，通過反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行系統(tǒng)命令，確保節(jié)點到節(jié)點具有250ns 的低延時。我們利用LabVIEW 實時模塊開發(fā)了個性化的命令解釋器，來通過反射內(nèi)存提供遠程的CPU 中斷和程序觸發(fā)功能。LabVIEW 實時模塊和PXI還利用相關(guān)的虛擬儀器，與若干個ARINC-429收發(fā)器進行交互，提供通信、字定義和ARINC 加密功能等，如下圖所示。

圖3.用于ARINC 字定義和加密的虛擬儀器

系統(tǒng)監(jiān)測

所有測試數(shù)據(jù)通過靜態(tài)的反射內(nèi)存環(huán)緩沖器，實時傳輸?shù)竭h程節(jié)點進行存儲。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)蕉鄠€監(jiān)測節(jié)點，來查看實時數(shù)據(jù)并且記錄數(shù)據(jù)用于測試分析?；贚abVIEW 的虛擬儀器使得工程師們可以靈活地定義圖形和表格數(shù)據(jù)查看功能的顯示效果，如圖4所示。

圖4.圖形和表格數(shù)據(jù)查看功能

結(jié)論

我們提出的解決方案成功地集成了各種技術(shù)產(chǎn)品，在高度模塊化的同時，通過在系統(tǒng)中添加更多的PXI機箱，可以適用于幾千路通道。PXI、LabVIEW 和LabVIEW 實時模塊是成功的關(guān)鍵因素。它們使我們創(chuàng)建了靈活的、高吞吐量而且低延時的半實物系統(tǒng)，同時節(jié)省了20 萬美元的實現(xiàn)成本和幾個月的開發(fā)時間。