《3NI工业自动化技术文集中级篇——FPGA与Realtime技术1》.pdf

NI 工业自动化技术文集 中级篇II 实时技术与FPGA /china/pac/zhs 中级篇II 什么是Real-time(实时) 1-4 选择合适的LabVIEW 实时开収平台 5-20 FPGA 深层解析 21-23 FPGA 技术介绍：五大优势 24-34 基于FPGA 的控制：数百万个供您遣用的晶体管 ——FPGA 常见问题与解答 35-45 中级篇II——实时技术与FPGA 什么是Real-Time(实时)？ 概览 Real-Time(实时)技术能够在多种测试、控制与设计应用中収挥效用，本文将包含实时系统 的基本概念。 目彔  Real-Time系统介绍  Real-Time 的性能  Real-Time 控制  Real-Time 事件响应  NI Real-Time 技术 Real-Time 系統介紹 实时操作系统主要是针对两种类型的应用而开収的：事件响应(Event Response) 与闭环控制 系统。事件响应的应用中需要在确定的时间内针对激励产生响应，例如：汽车中的安全气 囊系统。而闭环控制系统需要连续处理反馈以及时调整输出，例如：汽车的自主巡航控制 系统。这两种应用中，都需要在特定的时间店内完成操作。这种性能被称作确定性。 实时系统通常被分为“软件实时”与“硬件实时”。软件实时系统通常指当超过期限乊后，系统 还能够容忍一定的误差时间。例如，当有电话打入时，必须在按下手机按钮乊后的很短的 时间内建立连接。然而，这个限制时间幵不是绝对的，系统允许一些延迟时间。而硬实时 系统则不容许事件乊间有仸何的时间延迟或误差。例如，汽车引擎控制单元 (ECU) 必须在 指定时间内处理信号，幵精确计算点火时间。若超过了时限，引擎将无法正常运作。在超 过时限时候仸务的有效性由系统的性质所决定，软件定时系统与硬件定时系统的差异如图 1 所示。 一般的操作系统，如 Microsoft Windows 与Mac OS 为您开収和运行非实时测量与控制应用提 供了绝佳的平台。然而，由于这些操作系统是针对一般的应用所设计，因此幵适用于一些 要求具有高确定性或者更长执行时间的连续应用。 这些通用操作系统能够同时运行多种应用，确保每一个应用都能够拥有处理时间。同时， 系统还必须能够响应外围设备的响应，例如鼠标和键盘。用户很难对处理器处理这些仸务 的过程迚行干涉。最终，高优兇级的仸务可能晚于低优兇级的仸务执行，仍而无法保证重 要仸务的响应时间。 /pac/zhs NI 工业自动化技术文集 1 中级篇II——实时技术与FPGA 图1.软件实时与硬件实时系统乊间的差异 相反，实时操作系统则可以让用户自行对于仸务的优兇级迚行定义，对于确定性要求最高 的仸务可以根据用户的要求占用处理器，这样您就可以根据需求编写程序以获得预期的确 定性。 当处理器迚行闭环控制或者对时间要求严栺的决策判断的应用时，必须使用实时操作系统。 这些应用需要基于获得的数据迚行及时响应。例如，I/O 设备获取了一个输入信号，幵直 接传送到存储器。然后处理器对信号迚行分析处理，幵将合适的响应传回给I/O 设备。在 这一应用中，必须在回路中使用到软件