FlexRIO 控制器是根據大型 Kintex-7 FPGA 所建，並連接至模組化 I/O 介面、處理器，以及 2 GB DDR3 DRAM。FPGA 包含超過 400000 組邏輯分割、1540 個數位訊號處理 (DSP) 分割與 28 Mb BRAM，因此可在 FPGA 上處理大量的訊號處理作業。雙核心 ARM 處理器提供網路與 USB 連接功能，可與其他裝置介接，且內建儲存空間，可記錄參數與資料。  

當大多數的演算法都可在 FPGA 上操作時，大型 FPGA 與低耗電處理器組合將特別重要，而雙核心 ARM 處理器則可用來設定開機設定與系統監控。此架構讓智慧更具優勢，可透過高效能 FPGA，將高速資料轉換為有效資訊。

若需在中央位置彙整高頻寬資料，NI 7932R 與 NI 7935R 型號也具備 2 組高速序列埠，可透過 10 Gigabit 乙太網路 UDP、Xilinx Aurora 或客製化協定，直接從 FPGA 串流資料。

深入了解 FlexRIO 模組開發組合

使用者可透過 LabVIEW FPGA Module，搭配 LabVIEW 系統設計軟體來進行 FPGA 程式設計，並同時進行 LabVIEW 架構的演算法擷取，與 VHDL/Verilog 的整合。現有的 LabVIEW 函式庫可搭配資料傳輸基礎架構、超寬頻快速傅利葉轉換 (FFT) 等進階訊號處理功能，與平行重新取樣演算法，以及託管 DMA 串流至主機，可加速開發流程。在本地或透過 NI Compile Cloud Service 編譯之前，可於 LabVIEW 中模擬設計。使用 LabVIEW FPGA 與 Xilinx Vivado 編譯 FPGA 位元檔案之後，再透過下列功能佈署位元檔案：開發機器上的 LabVIEW；控制器上所執行的以 LabVIEW 或 C/C++ 建立的即時應用程式；或是在開機時從裝置的閃存中。在許多 FlexRIO 設計中，邏輯電路時脈為數百 MHz，因此更難滿足時序限制。NI 建議新的 LabVIEW FPGA 開發人員先閱讀高效能 LabVIEW FPGA 開發人員指南，了解時序與資源最佳化的最佳實務。

工程師可以選擇 2 種 FPGA 選項：Xilinx Kintex-7 K325T 與更大的 K410T。若是初期開發，則使用最大的 FPGA 可享有顯著的優勢。不僅可於開發期間新增功能，亦可在較大的 FPGA 上編譯相同的程式碼，進而縮短設計期間的編譯時間，並加速反覆式的速度。透過 NI 提供的 I/O 介面，針對單一硬體目標所撰寫的LabVIEW FPGA 程式碼，即可快速匯至其他 NI 硬體，甚至是具有不同 FPGA 與 I/O 功能的硬體。

DRAM 可於多級訊號處理演算法與跨非確定性匯流排的資料緩衝中，大幅增值。至  可進行這些類型的執行，所有三款 FlexRIO 控制器均具備 1 組 2 GB 的 DDR3 DRAM，連接至 FPGA。DRAM 介面具有 512 位元的資料寬度，並以最高 166 MHz 的時脈率進行存取，因此 DRAM 與 FPGA 之間的最高理論頻寬為 10.6 GB/s。隨機存取讀取與寫入作業會降低 DRAM 傳輸率，不過，NI 已將序列讀取與寫入作業標為 9 GB/s 以上的速度。DRAM 可透過 LabVIEW FPGA 中的 LabVIEW 記憶體項目進行存取，也可使用記憶體儀器設計函式庫 (IDL) 作為 FIFO。

了解如何有效使用 DRAM。

針對訊號擷取並處理後，需要高頻寬資料串流的應用，NI 7932R 與 NI 7935R 均配備 2 組高速序列收發器，各組收發器均可達到最高 10.3125 Gb/s 的資料串流速度。此技術依賴 Xilinx GTX 多 Gigabit 收發器 (MGT)，可從 FPGA 路由至人機介面上的 2 個 SFP+ 接頭。NI 提供適用於 10 Gigabit 乙太網路 UDP 與 Xilinx Aurora 協定的 LabVIEW FPGA 範例專案。具有 VHDL 經驗的使用者也可實施其他協定，如 Serial RapidIO 或客製化協定。

可使用這些高速序列埠的資料串流設定，包含在多個控制器之間共用資料  使用 Xilinx Aurora 或 10 Gigabit 乙太網路將資料串流回 PXI，並用 10 Gigabit 乙太網路將資料串流至桌上型電腦、資料記錄器、網域儲存 (NAS) 或伺服器。

進一步了解 NI 產品的高速序列技術

使用 FPGA 與高速 I/O 的工程師通常會花費大量時間，來實施合適的時脈與同步化架構。為簡化此程序，FlexRIO 控制器提供多種時脈選項，包含外部 10 MHz 參考時脈輸入、雙向觸發線路、內建 100 MHz 振盪器，並可鎖相   至外部參考為確保 I/O 模組與 FPGA 之間的資料傳輸同步化，I/O 模組取樣時脈會與 FlexRIO 控制器時脈電路共用。亦可透過 FPGA 產生額外的時脈。

針對分散式系統與時間戳記，可連接 GPS 接收器，以為參考時脈輸入提供 10 MHz 時脈，為觸發 SMA 提供 1 秒的脈波輸入。針對不太嚴格的同步化需求，NI Linux Real-Time 主機亦可支援軟體架構的 IEEE 1588。對於可進行電子同步化的系統，可使用 10 MHz 源，如 Ettus Octoclock，以提供共用的參考時脈。如果要同時使用多個設備，就可以考慮 PXI 平台的進階時脈與同步化功能。

雙核心 ARM Cortex-A9 處理器可提升彈性與連線功能，可在現場部署 FlexRIO 控制器。此處理器可用來提供網路資料、調整設定參數、記錄資料與訊息，甚至更新裝置上的軟體與 FPGA 韌體。此處理器搭載 NI Linux Real-Time OS，可提供更高的決定性與穩定性，以及 Linux 核心的標準優勢。Real-Time OS (RTOS) 可透過 LabVIEW Real-Time Module 搭配 LabVIEW 進行程式設計，並且可透過個人偏好的整合式開發環境 (IDE) 支援 C/C++ 開發。透過 LabVIEW 程式設計與建置應用，即可存取預先建立的函式庫，以用於網路通訊與檔案 I/O，進而簡化開發程序。

對 FlexRIO 熟悉的使用者來說，從 PXI 的 FlexRIO 遷移至 FlexRIO 控制器時，主要的差異就是在 FPGA 與傳統的 Windows 用戶端之間新增網路通訊層。無需透過 Windows 直接以 FPGA 為目標，而是針對 NI Linux Real-Time 所開發的程式碼以 FPGA 為目標，由使用者自行設計任何網路通訊的程式，以監控或設定係統。NI 7932R 與 NI 7935R 均可利用 2 組高速序列埠，透過 10 Gigabit 乙太網路 UDP 或 Xilinx Aurora，直接從 FPGA 傳輸資料。

處理器亦可使用 512 MB 的隨身碟與 512 MB RAM、1 Gigabit 乙太網路介面、USB 2.0 裝置與主機介面、USD 卡插槽。1 Gigabit 乙太網路已佈署應用的主要介面，可支援更多頻寬；不過，USB 裝置埠可用於設定、設定與診斷。

所有連接功能均呈現於單一硬體表面，可更輕鬆整合至更大的系統。雖然 I/O 為模組化設計，但類比轉接器模組也可透過附屬 I/O 接頭，為 FPGA 提供數位 I/O。控制器可接受 9 ~ 30 伏特的 DC 電源，也就是說可攜式系統的電池供電。

除 2 組 USB 通訊埠之外，所有接頭均具有連接線固定措施。USB 主機埠 (橘色) 是專為高保留時間所設計，而 USB 裝置埠則可主要用於診斷作業。

此裝置的鋁合金外殼，不需設計客製化的機械裝置，且可於多種情形中提供一致的類比與熱能效能，進而簡化整合作業。透過安裝套件，也可將裝置固定於面板。

此封裝還具備多項功能，可確保產品的長期穩定性與適用性。首先，開發人員可以存取軟體，以監控 FPGA 與處理器的溫度。如果 FPGA 或處理器溫度超過安全限制，則裝置將自動關閉，以防止內部元件損壞。主動式冷卻是由使用者可自行維護的風扇提供，並可透過軟體進行監控，並根據裝置溫度自動調整。在 40 °C 時，風扇的平均無故障時間 (MTBF) 超過 7 年。

如果要針對沖擊、振動、溫度或濕度的情形來說，FlexRIO 控制器的等級與 PXI 類似，可承受 30 g 峰值半正弦波衝擊、0.3 g_rms 振動、5 Hz 至 500 Hz、0 °C 至 55 °C 環境溫度，5% 到 95% 的濕度。

十多年以來，NI 透過 LabVIEW 可重設 I/O (RIO) 架構 與 LabVIEW FPGA，一直以來都能快速製作即時執行的演算法原型，這是過去十多年的優勢。對於雷達、頻譜監控、通訊、工業機器、超音波與醫療影像等領域的新技術原型工程師與科學家來說，此平台可加速製作原型的速度，並在產品化或佈署期間重複使用最多的程式碼。

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