Labview FPGA 介紹 1
Labview FPGA NI 通過 LabVIEW FPGA 模組和可重複配置 I/O(RIO) 硬體 設備，為測量和控制系統中整合 FPGA 技術的靈活性提供 了直觀且現成可用的解決方案。 使用 LabVIEW 圖形化介面定義 FPGA 晶片上的邏輯功能 ，我們不需要任何的有關底層硬體描述語言 (HDLs) 的知識 ，就可以將 FPGA 晶片嵌入到 NI 可重複配置 I/O 系列硬 體目標當中。另外， LabVIEW 還可以讓您輕鬆地利用訊 號分析、運動控制，以及 CAN 和 RS232 等工業通信功 能。 2
Labview FPGA 現場可程式邏輯閘陣列 (Field Programmable Gate Array, FPGA) 是一個含有可編輯元件的半導體設備，可 供使用者現場程式化的邏輯閘陣列元件。 最籠統來說， FPGA 即為可再程式化的晶片。透過預先建 立的邏輯區塊與可程式化路由資源，不需更改麵包板或焊 錫部分，即可設定這些晶片以建置客制硬體功能。 3
Labview FPGA FPGA 內含 1 組矩陣，且該矩陣是由可重設的閘陣列邏輯 電路所構成。當 FPGA 設定完畢，其內部電路的連接方式 ，將可構成軟體應用的硬體架構。與處理器不同的是， FPGA 是透過專屬硬體而處理邏輯，且不具備作業系統。 FPGA 本身為完全平行的特性，因此不同的處理作業不至 於競用相同資源。因此，當新增額外處理作業時，亦不會 影響應用的某部分的效能。此外，多個控制迴圈可於單一 FPGA 裝置上達到不同的執行速率。 4
FPGA 技術的優點 1. 效能 – 透過硬體的平行機制， FPGA 可突破依序執行 的固定運算，並於每時脈循環完成更多作業，以超越數位 訊號處理器 (DSP) 的計算功能。 2. 成本 – 客制化 ASIC 設計的非重置研發費用，遠遠超過 FPGA 架構硬體解決方案的費用。 3. 可靠性 – 正如軟體工具提供程式設計的環境， FPGA 電路亦為程式執行的「堅強」建置方式。 5
微處理器架構與 FPGA 架構的比較 6
CompactRIO Real-Time Controller Reconfigurable Chassis I/O Modules Connectivity ADC Signal Conditioning DC power with redundant supply inputs 50 G shock -40 to 70 C temperature
Labview FPGA module LabVIEW FPGA 模組是一個能讓你使用 LabVIEW 程式撰寫的方式去 對 NI FPGA 硬體做程式設計，其延續了 LabVIEW 圖形化程式語言的 精神。使用圖形化程式設計的好處在於使用者能夠以最直觀的方式來 做 FPGA 的程式設計去更容易達到 FPGA 所提供的平行處理功能。 LabVIEW FPAG 模組將使用者所撰寫的 LabVIEW 程式轉換成 FPGA 程式碼並且自動將程式編譯進 FPGA 硬體 8
FPGA 在建立 LabVIEW FPGA VI 程式後，您可以將代碼編譯成 為可以在 NI RIO 硬體設備上運行的程式。與其他的 FPGA 開發工具相似， FPGA 虛擬儀器的編譯時間可能從幾分鐘 到幾個小時不等，這取決於代碼的複雜度以及您所開發系 統的特性。 9
Labview FPGA 10
Labview FPGA 除了高穩定性之外， FPGA 裝置可透過極高的迴圈速率， 執行精確的閉迴圈控制。在大多數 FPGA 架構的控制應用 中，其速率往往受限於感測器、致動器，與 I/O 模組，而 與 FPGA 的處理效能無關。 LabVIEW FPGA Module 所隨附的比例積分微分 (PID) 控 制演算法，可於 300 奈秒 ( 秒 ) 的速率執行 。 PID 控制常用以調節類比值，如壓力、溫度、應力、位 移、流體移動，或電流。 11
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DMA Transfer on FPGA Host Computer – RT or Win FPGA Target