LabVIEW RIO 아키텍처: 혁신을 위한 기반

LabVIEW RIO 아키텍처는 리얼타임 프로세서, 사용자 프로그래밍 가능 FPGA, 모듈식 I/O 및 아키텍처의 모든 측면을 프로그래밍하기 좋은 완벽한 소프트웨어 툴체인, 이렇게 4가지 구성요소를 원활하게 통합하여 혁신적인 설계를 위한 최고의 구성 요소를 제공합니다.  

그림 1 LabVIEW RIO 아키텍처는 리얼타임 프로세서, 사용자 프로그래밍 가능 FPGA, 모듈식 I/O 인터페이스, 완벽한 소프트웨어 툴체인을 결합하여 모든 컨트롤 또는 모니터링 분야에 적합한 최고의 아키텍처를 제공합니다.

프로세서

NI는 NI Linux Real-Time을 실행하는 667MHz 듀얼 코어 ARM A9부터 NI Linux Real-Time 또는 WES7 운영 체제를 실행하는 1.9GHz 쿼드 코어 Intel Atom에 이르기까지 다양한 고성능 임베디드 프로세서를 제공합니다. 이 프로세서는 NI Linux Real-Time 크로스 컴파일 지원을 사용하는 C/C++ 또는 직관적인 LabVIEW G 데이터 흐름 프로그래밍 언어로 프로그래밍하여 어플리케이션 실행, 데이터 세트 조작, 신호 처리, 데이터 로깅, 로컬 HMI와 접속 등와 같은 일반적인 태스크를 수행할 수 있습니다.

FPGA

재구성 가능한 Field-Programmable Gate Array (FPGA)는 LabVIEW RIO 아키텍처의 핵심으로, 처리량이 매우 높기 때문에 프로세서에서 중요하거나 집약적인 태스크의 부담을 덜고 안정적이고 결정적인 실행을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. FPGA는 고성능 신호와 이미지 처리, 사용자 정의 가능한 타이밍, 트리거링, 동기화 기능을 위해 I/O에 직접 연결됩니다. 또한 버스를 통하지 않고 FPGA와 I/O를 직접 연결하기 때문에 컨트롤 루프 지연 시간이 사실상 없어 최첨단 컨트롤 알고리즘에 필요한 성능을 제공합니다. 예를 들어, FPGA를 사용하면 단일 CompactRIO 섀시에서 100kHz의 속도로 20개가 넘는 아날로그 비례-적분-미분 (PID) 컨트롤 루프를 동시에 실행할 수 있습니다. LabVIEW RIO 아키텍처를 기반으로 하는 NI 하드웨어는 Xilinx의 최신 FPGA 기술과 칩셋을 활용합니다. 

LabVIEW FPGA Module은 VHDL 또는 Verilog와 같은 하드웨어 기술 언어에 대한 지식이 없어도 직관적인 그래픽 프로그래밍 환경에서 임베디드 FPGA를 프로그래밍할 수 있는 기능을 제공합니다. 

모듈식 I/O

NI C 시리즈 I/O 모듈에는 절연, 변환 회로, 신호 컨디셔닝이 내장되어 있으며 산업용 센서, 액추에이터, 기능 안전 (SIL) 센서 및 액추에이터, 카메라, 모터, 드라이브 및 산업용 통신 프로토콜(예: Profibus, Profinet, EtherCAT)과 직접 연결될 수 있습니다.  NI는 100개가 넘는 C 시리즈 I/O 모듈을 제공하며 모듈 개발 키트를 사용하여 분야별 필요에 따라 사용자 정의 모듈을 개발할 수 있습니다.

그림 2 100개가 넘는 C 시리즈 I/O 모듈 중에서 선택하여 센서, 모터, 드라이브, 액추에이터 및 산업용 통신 프로토콜과 직접 접속합니다.

LabVIEW 시스템 설계 소프트웨어

LabVIEW 시스템 설계 소프트웨어는 LabVIEW RIO 아키텍처의 모든 요소를 프로그래밍하고 사용자 정의하는 데 사용할 수 있습니다.  LabVIEW는 C/C++, IEC 61131-3, G 데이터 흐름과 같은 프로그래밍 언어를 지원하기 때문에 기존 코드와 프로그래밍 전문 지식을 활용할 수 있습니다.  표준 소프트웨어 환경은 내장된 수학 및 분석 함수, 신호 및 이미지 처리 알고리즘, 네트워크 및 I/O 인터페이스 API로 구성된 완벽한 세트를 자랑합니다.  NI Linux Real-Time 모듈은 임베디드 프로세서에서 실행되는 Angstrom Linux 배포판을 기반으로 하는 오픈 소스 리얼타임 운영 체제로, 안정적이고 결정론적인 운영은 물론 데이터 로깅, 데이터 전송 메커니즘, 사용자 정의 처리 및 분석을 위한 완벽한 API 세트를 제공합니다.  LabVIEW FPGA Module에는 VHDL 또는 Verilog와 같은 하드웨어 기술 언어에 대한 지식이 없어도 직관적인 그래픽 프로그래밍 환경에서 임베디드 FPGA를 프로그래밍할 수 있는 기능이 갖춰져 있습니다.  또한 LabVIEW는 IP, 애드온, 예제 코드, 지원을 제공하는 포괄적인 커뮤니티와 함께 LabVIEW RIO 아키텍처를 기반으로 하는 임베디드 컨트롤과 모니터링 시스템 설계를 위한 완벽한 툴체인을 제공합니다.

시스템 설계자는 컨트롤과 모니터링 분야를 구현할 때 감지와 처리에서부터 네트워킹, 동기화, 타이밍에 이르기까지 모든 것을 고려해야 합니다.  일반적으로, 시스템에는 단순한 켜기-끄기 디지털 컨트롤이든 고도로 정교한 다축 모션 시스템이든 일종의 컨트롤이 필요합니다.  이러한 요구사항은 계산, 연결성, 컨트롤의 세 가지 범주로 요약될 수 있습니다.

그림 3 사물 인터넷 (IoT)을 위한 컨트롤 및 모니터링 시스템에는 계산, 연결성, 컨트롤이 필요합니다.  

계산

시스템에서는 복잡한 수학에서 불리언 로직에 이르기까지 다양한 처리 알고리즘과 분석 루틴을 실행할 수 있습니다.  

연결성

디지털 시스템은 센서를 통해 물리적 세계와 접속해야 하며 엔터프라이즈 네트워크, 데이터베이스, 클라우드 기반 서비스는 물론 기타 머신, 디바이스, 인프라와 같은 기타 디지털 시스템과도 접속해야 합니다.  연결성 향상에 대한 최신 정보는 분산된 TSN 이더넷 기반 측정 시스템 설계 페이지를 참조하십시오.

컨트롤

종종 임베디드 시스템에는 내부 알고리즘과 분석의 결과로 생성되는 결과가 있습니다.  이러한 결과는 모터, 릴레이 또는 액추에이터를 컨트롤할 수 있습니다.

LabVIEW RIO 아키텍처는 계산, 연결성, 컨트롤이 필요한 시스템에 이상적입니다.  모듈식 I/O는 아날로그 및 디지털 센서, 산업용 통신 프로토콜, 사용자 정의 I/O와 특수 I/O(예: 카메라 및 모터)까지 거의 모든 연결 요구사항을 충족하는 사용자 정의 인터페이스를 제공합니다.  사용자 프로그래밍 가능 프로세서와 FPGA는 고급 신호 또는 이미지 처리를 구현하고 복잡한 계산을 수행하며 의사 결정 알고리즘을 실행하는 데 사용할 수 있습니다.   특히 FPGA는 본질적으로 빠르고 결정적이며 병렬로 운영되기 때문에 컨트롤에 이상적입니다. 수십 개의 컨트롤 루프를 병렬로 실행하며 각 루프에는 약 kHz~MHz의 루프 속도로 작동하는 고유한 타이밍과 데이터 전송 메커니즘이 있습니다.  

그림 4 LabVIEW RIO 아키텍처는 계산, 연결성, 컨트롤이 필요한 시스템에 이상적입니다.

NI는 LabVIEW RIO 아키텍처를 기반으로 하는 다양한 하드웨어 타겟을 제공합니다.  응용 분야의 고유한 요구사항을 충족하기 위해 다양한 크기, 성능, 가격 중에서 선택할 수 있는 동시에 타겟 간에 코드를 재사용하고 시뮬레이션 및 프로토타입 제작에서부터 설계, 검증, 배포에 이르기까지 일관된 소프트웨어 환경을 사용할 수 있는 일관된 아키텍처를 활용할 수 있습다.  

그림 5 작은 크기의 Single-Board RIO, CompactRIO의 견고함, 또는 극도의 고성능 FlexRIO 중 무엇이 필요하든 시스템 설계 소프트웨어를 통해 일관성을 유지하고 각 배포 타겟 제품군에 코드를 원활하게 이식할 수 있습니다.

하드웨어와 소프트웨어가 통합되어 모든 임베디드 컨트롤 또는 임베디드 모니터링 분야를 위한 완벽한 플랫폼을 제공합니다.  

• 사용자 정의 가능한 상용 플랫폼을 활용하므로 처음부터 시작할 필요가 없습니다.
• 임베디드 어플리케이션과 IoT 어플리케이션의 공통 요구사항인 계산, 연결성, 컨트롤을 충족할 수 있습니다.
• 유연하고 확장 가능하며 현장에서 프로그래밍 가능 제품 덕분에 시간의 흐름에 따라 바뀌는 요구사항도 충족할 수 있습니다.
• 다양한 고품질 폼 팩터, 가격대, 성능 옵션 중에서 선택할 수 있습니다.
• 설계 단계 전반에서 시스템의 모든 요소를 프로그래밍하는 데 일관된 소프트웨어 환경을 활용할 수 있습니다.

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