使用NI PXI和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊有效簡(jiǎn)化硬件在環(huán)仿真

系統設計

在5 個(gè)月內交付的嚴格時(shí)間表和具有高度成本效益的需求，進(jìn)一步增加了這個(gè)在技術(shù)上已經(jīng)十分具有挑戰性的系統的限制條件。我們認為NI 公司的PXI 系列產(chǎn)品是實(shí)現這個(gè)系統的合適而優(yōu)秀的平臺。嵌入式實(shí)時(shí)控制器的可用性、用于模擬和數字I/O 端口的各種NI 模塊、對于A(yíng)RINC-429、反射內存卡和IRIG-B 同步電路板等第三方廠(chǎng)商的開(kāi)放性，以及使用LabVIEW和LabVIEW Real-Time軟件可能帶來(lái)的快速軟件開(kāi)發(fā)，是整個(gè)工程解決方案中不可或缺的部分，將在下面的高級構架中一一介紹。

信號調理和數據采集

由于場(chǎng)傳感器LVDT 和RVDT 產(chǎn)生的信號有著(zhù)各種不同的、自定義的特性，我們設計并實(shí)現了自定義的信號調理硬件，用于放大信號，并且提供隔離以及同步采樣等功能。經(jīng)調理后的信號被連到放在多個(gè)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靈活性，以及精確的定時(shí)同步和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的分配。在系統開(kāi)發(fā)的早期階段，我們成功地驗證了一個(gè)滿(mǎn)容的PXI 機箱可以以1kHz 的速率進(jìn)行全速數據采集，而沒(méi)有任何吞吐量的瓶頸。對于TCP/IP、反射內存以及CPU 中斷次數的吞吐量和確定性檢查也是成功的，這使得對系統的關(guān)鍵設計的審查是十分成功的。

應用程序軟件

系統配置如標簽名稱(chēng)、硬件通道關(guān)聯(lián)、采樣速率、工程轉換和系統校準信息被保存在Windows 數據庫中。

LabVIEW 軟件允許在針對具體設備測試的系統配置中，創(chuàng )建硬件資源和數據庫信息。一經(jīng)創(chuàng )建，將對配置進(jìn)行系統完整性和吞吐量需求的檢查，并且下載到PXI 節點(diǎn)上運行LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊的嵌入式目標上。

LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊對整個(gè)系統進(jìn)行初始化，并且利用PXI 定時(shí)模塊來(lái)同步所有的PXI 節點(diǎn)。Averna 公司為PXI-7831R 模塊開(kāi)發(fā)了個(gè)性化的FPGA 代碼，用于使用PXI 時(shí)鐘來(lái)產(chǎn)生ARINC 收發(fā)器模塊所需要的IRIG-B同步信號。PXI實(shí)時(shí)控制器上運行的時(shí)間臨界代碼與信號調理硬件進(jìn)行握手，并且確定性地采集輸入信號同時(shí)更新輸出信號，所有的I/O 操作在相同的時(shí)鐘沿上發(fā)生。

仿真節點(diǎn)在十余個(gè)臺式機節點(diǎn)上運行MathWorks公司的Simulink設備模型。所有的PXI 和仿真節點(diǎn)共享數據，通過(guò)反射內存網(wǎng)絡(luò )執行系統命令，確保節點(diǎn)到節點(diǎn)具有250ns 的低延時(shí)。我們利用LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊開(kāi)發(fā)了個(gè)性化的命令解釋器，來(lái)通過(guò)反射內存提供遠程的CPU 中斷和程序觸發(fā)功能。LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊和PXI還利用相關(guān)的虛擬儀器，與若干個(gè)ARINC-429收發(fā)器進(jìn)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A(yíng)RINC 字定義和加密的虛擬儀器

系統監測

所有測試數據通過(guò)靜態(tài)的反射內存環(huán)緩沖器，實(shí)時(shí)傳輸到遠程節點(diǎn)進(jìn)行存儲?，F在，數據可以傳輸到多個(gè)監測節點(diǎn)，來(lái)查看實(shí)時(shí)數據并且記錄數據用于測試分析?；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據查看功能的顯示效果，如圖4所示。

圖4.圖形和表格數據查看功能

結論

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(shí)，通過(guò)在系統中添加更多的PXI機箱，可以適用于幾千路通道。PXI、LabVIEW 和LabVIEW 實(shí)時(shí)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(shí)的半實(shí)物系統，同時(shí)節省了20 萬(wàn)美元的實(shí)現成本和幾個(gè)月的開(kāi)發(fā)時(shí)間。