NI多功能RIO常见问题解答(FAQ)

NI可重配置I/O (RIO)技术结合可重配置FPGA芯片以及NI LabVIEW图形化开发工具，可让您自行定义定制测量硬件的电路。R系列多功能RIO设备将这种FPGA技术与8路模拟输入、8路模拟输出和多达96条数字I/O线集成到单个设备中，并以PCI、PCI Express、PXI/CompactPCI和USB等标准的PC外形结构提供，将性能与价值完美地结合在一起。使用LabVIEW FPGA模块，您无需深入了解硬件描述语言就可以自行开发硬件特性来实现自定义数据采集、高速控制、数字通信协议、传感器仿真和板载信号处理等功能。   

图1.R系列设备以标准的PC外形结构提供，比如PCI、PCI Express、PXI/CompactPCI和USB等。

请参见以下几个产品选购页面，了解最新的多功能RIO设备：

• 多功能可重配置I/O设备
• PXI多功能可重配置I/O模块
• PXI数字可重配置I/O模块

新型R系列设备配备了高性能的Kintex-7 FPGA，相比上一代R系列设备，提供了更高的优化能力来更快速执行代码，同时具有更大的LabVIEW代码容量。新型Kintex-7 FPGA是USB R系列设备的理想之选。该芯片系列只需一半的功耗即提供了上一代高端FPGA的高容量和高性能。与上一代R系列设备相比，功耗的大幅降低使得每台设备的数字信号处理(DSP)能力提高了10倍。得益于逻辑和DSP资源的增多，您可以利用更广泛的信号处理和实时分析技术来实现更复杂的算法，并应对日益增长的I/O数据速率及当今愈加复杂的应用。如需详细了解Kintex-7 FPGA的信息，请参见 [Xilinx 7系列FPGA模块的优点]。

此外，新型NI USB-785xR设备可以在所有8个模拟输入通道上以高达1 M/s的速率进行采样，具有16位分辨率，提供±10 V、±5 V、±2 V和±1 V等多种可选的增益分辨率，而且基于FPGA的并行执行使得多个控制循环可以并行执行，无需竞争处理器的带宽资源。更快的模拟输入速率也提高了模拟触发精度和频率测量能力。新型NI USB-785xR设备还原生支持定点I/O，使您可以直接使用FPGA中的工程单元。

最后，新的R系列设备具有更快的数字I/O通道，能以高达80 MHz的速度进行切换。  此外，您可以直接通过LabVIEW FPGA选择数字I/O线的电压电平。可用的逻辑电平选项有3.3 V、2.5 V、1.8 V、1.5 V和1.2 V。

门数量是比较不同FPGA芯片和ASIC技术的传统方法之一，但它并不能真正体现FPGA内部各个组件的数量。这也是Xilinx没有指定FPGA中门数量的原因之一。现在通常比较的是几个不同的组件，包括触发器、查找表(LUT)、DSP片和可用的块RAM。查看FPGA芯片中的逻辑片指南中的表格，了解更多信息。

遗憾的是，通常很难确定应用或程序需要多大的FPGA。LabVIEW FPGA模块和NI-RIO驱动程序可让您在完全不需要任何硬件的情况下编译程序框图，因此如果要知道所需的资源数量，最好的方法就是进行尝试。

在决定哪种FPGA适用于您的应用时，可参考以下通用原则：如果是在FPGA上执行基本定时、触发和同步，可以使用较小的FPGA。如果应用包括定时、触发和同步以及需要在FPGA上进行更多信号处理（控制、数字滤波、复杂模拟触发），则需要更大的FPGA提供更多的资源来实现这些操作。

一般来说，为Virtex-II 100万门FPGA编译的程序也应适用于Virtex-5 LX30或更大的FPGA，为Virtex-II 300万门FPGA编译的程序也应适用于Virtex-5 LX50或更大的FPGA。但是由于两个FPGA系列之间的架构差异，所以无法对此保证，如果要查看程序是否可在不同的芯片系列之间迁移，唯一的方法是进行尝试。使用LabVIEW FPGA模块和NI-RIO驱动程序，您无需任何硬件即可编译程序框图。

不需要。借助LabVIEW FPGA模块，LabVIEW图形化代码到可以直接集成到R系列设备上的FPGA。虽然了解LabVIEW如何将图形化程序框图编译为VHDL可以帮助您精确地进行优化权衡，但使用LabVIEW不需要了解FPGA或VHDL。对于需要使用FPGA技术来定制硬件但不了解或理解底层硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的工程师来说，LabVIEW无疑是理想之选。

是的，对R系列设备进行编程必须需要使用LabVIEW FPGA模块。但是，如果已经有VHDL IP核或其他要使用的VHDL代码，可以使用HDL接口节点将VHDL集成到LabVIEW程序框图中。

查看此应用指南，了解如何将VHDL集成到LabVIEW程序框图中。

借助FPGA接口C API，您可以使用NI LabWindows™/CVI和Microsoft Visual Studio等C语言工具在基于NI FPGA的硬件上对实时处理器进行编程，并连接至FPGA上运行的LabVIEW FPGA代码。换而言之，在主机上运行的代码可以用C/C++或LabVIEW编写，而实际部署到FPGA的代码必须使用LabVIEW FPGA编写。

详细了解FPGA接口C API。

R系列数据采集(DAQ)设备并没有采用固定的ASIC来控制设备功能，而是集成了用户可编程的FPGA芯片来提供板载处理和灵活的I/O操作。R系列设备的每通道具有专用的模数转换器(ADC)，可实现独立的定时和触发。该设备提供了传统数据采集硬件所不具备的多种专项功能，如：多速率采样和单通道触发。R系列设备上的硬件定时数字I/O可以定义为计数器、PWM通道、灵活编码器或用于数字通信协议的线路。

所有R系列多功能RIO设备均采用NI-RIO驱动软件；它们不兼容NI-DAQmx或NI-DAQmx Base。但是，NI测量硬件DDK（驱动程序开发套件）支持通过寄存器级编程进行自定义驱动程序开发。在编译LabVIEW FPGA应用程序并将其下载到R系列设备后，NI测量硬件DDK将为主机应用程序提供所需的文档来与FPGA上的寄存器连接。

LabVIEW FPGA模块包含一个信号处理选板，提供了多种功能，如：

• PID控制
• 巴特沃斯滤波器（高通和低通）
• 陷波滤波器
• 模拟周期测量
• DC和RMS测量

能。所有R系列多功能设备的每个模拟输入/输出通道都有专用的ADC和数模转换器(DAC)，从而能够同步或以不同的速率进行采样/更新所有通道。有了独立的ADC，您就能以最大速率（最高为1 MS/s）对设备上的每个通道进行采样。您可以对独立的DAC进行编程，从而以高达1 MS/s的速率更新模拟输出通道。

图2中的LabVIEW FPGA程序框图显示了在R系列FPGA上实现同步模拟输入/输出是非常简单的。LabVIEW FPGA模拟输入I/O节点能够读取同一While循环中R系列设备的所有8个通道，借助该节点，程序可以对所有8个通道同时采样。并行运行的底层循环使用LabVIEW FPGA模拟输出I/O节点，并以1 MS/s的速率更新所有8个模拟输出通道。

图2.R系列和LabVIEW FPGA同步模拟输入/输出