构建嵌入式测控系统

基于NI技术构建嵌入式测控系统沈阳恒科机电设备有限公司概况主要业务：测试控制系统研制视频处理系统研制软件开发及系统集成公司研制开发的产品沈阳恒科机电设备有限公司概况测控系统业务：测控系统解决方案发展历程做好用户与厂商之间的衔接专注于特定的应用专注于测控系统与被测对象的链接为满足用户对测控系统的需求，我们设计、实现了几种嵌入式系统方案。今天针对我们提出的设计方案，以构建嵌入式测控系统的为题目，与大家进行一下技术交流。嵌入式系统

嵌入式系统基本结构：NI支持的嵌入式系统解决方案 NI为工程师和科学家提供了图形化的系统工具，用于在能源、工业控制、生命科学和交通运输等行业内开发下一代控制与监测系统。运用NI可重配置I/O(ReconfigurableIO,RIO)硬件和NILabVIEW系统设计软件，小型设计团队即可快速构建系统原型，并更快地部署嵌入式控制与监测系统。 NI在嵌入式控制和监测应用中的优势主要体现在以下方面：高效率精确度和准确度灵活性高品质和坚固性技术支持与服务

上述内容可以在NI的官方网站获取相关细节。构建嵌入式测控系统接下来以我们构建过的部分项目为案例，介绍一下如何构建一个嵌入式测控系统。加固式机箱+接口卡+WindowsEmbeddedCompactPCI机箱+接口卡+VxWorksNI可重配置I/O(ReconfigurableIO,RIO)硬件+NILabVIEW软件WindowsEmbedded解决方案 WindowsEmbedded为微软研发的嵌入式操作系统，是一个以组件模块展现出与Windows桌面操作系统一样的接口与操作模式，可依据用户需求组合出的操作系统镜像文件，确保有Windows操作系统相依性以及完整的功能。可以应用在各种嵌入式系统，或是硬件规格层次较低的计算机系统（例如很少的内存，较慢的中央处理器等）。WindowsEmbedded解决方案突出优点WindowsEmbedded构建在已经得到验证的Windows代码库基础之上，它提供了业内领先的可靠性、安全性和性能，并且具备最新的多媒体、Web浏览、电源管理及设置支持功能。WindowsEmbedded还集成了最新的嵌入式支持功能，例如无头支持以及灵活的启动与存储选项。此外，它还包含一套全新设计的工具集WindowsEmbeddedStudio,这套工具使得开发人员能够更快速配置、构建并部署智能化设计方案。对安全和可伸缩网络的支持得到增强的实时处理能力更为优秀的性能表现更为丰富的多媒体和Web浏览功能与个人计算机、服务器、Web服务以及其它设备更为出色的互操作性行业领先的可靠性、安全性和性能支持Flash和Shockwave文件的回放以及增强保密性。WindowsEmbedded解决方案关键特性：1、文件保护2、加密文件3、组件化技术4、通用串行总线5、WEBWindowsEmbedded解决方案嵌入式特性

灵活的启动和存储选项：除了磁盘以外，还为非易失性（永久性）读/写存储设备（例如FlashROM和电池支持的RAM）提供了启动能力。

增强型写过滤器：增强型写过滤器（EWF）将选定的磁盘I/O重新路由到内存或其它的存储媒体，从而让操作系统认为您的只读存储器是可写的。WindowsEmbedded解决方案案例

《数据记录设备》项目中我们采用WindowsXPEmbedded操作系统，成功将原有成熟的运行于桌面操作系统的《数据记录程序》应用到目标系统中。最大程度的保证了应用软件和驱动程序的兼容性，使得原有桌面程序在嵌入式硬件环境下，能够执行原有软件功能。

采用增强型写过滤器（EWF）技术，保证目标系统在直接关闭电源的情况下能够正常重启，避免了桌面操作系统频繁异常关机会造成操作系统被容易被破坏的问题。VxWorks解决方案

VxWorks是美国WindRiverSystem公司（以下简称风河公司，即WRS公司）推出的一个实时操作系统。Tornado是WRS公司推出的一套实时操作系统开发环境，类似MicrosoftVisualC，但是提供了更丰富的调试、仿真环境和工具。 VxWorks操作系统是于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。

VxWorks解决方案VxWorks操作系统体系结构：1、板级支持包BSP(BoardSupportPackage)2、微内核wind3、文件系统4、网络支持5、I/0系统VxWorks解决方案案例

分布式数据总线测试项目，在该项目中被测系统运行于电磁干扰比较强的现场环境中，用户需要远程完成数据总线的实时采集和监测任务。

CPCI机箱CPCI单板机CPCI数据总线接口卡VxWorks操作系统ACE自适配通信环境数据总线测试软件分布式数据总线测试系统-现场测试设备VxWorks解决方案案例

分布式数据总线测试项目，在该项目中被测系统运行于电磁干扰比较强的现场环境中，用户需要远程完成数据总线的实时采集和监测任务。便携式加固笔记本WINDOWS操作系统ACE自适配通信环境数据总线测试软件分布式数据总线测试系统-用户端监测设备VxWorks解决方案设备组件程序设备驱动程序测试设备被测试系统M1553总线A429总线A/D…....

D/AM1553接口卡A429接口卡A/D采集卡D/A输出卡M1553驱动A429驱动A/D驱动D/A驱动M1553组件A429组件A/D组件D/A组件设备管理程序控制数据传输通道测试数据传输通道控制中心数据显示数据记录数据分析分布式数据总线测试系统的软件结构图NI解决方案设计嵌入式系统选用NILabVIEW的理由：借助图形化设计环境，更快进行部署轻松重复使用嵌入式代码和现有C代码库

借助内嵌实时操作系统的架构，获得最大灵活性

借助内置调试、仿真和用户界面功能，快速迭代集成数百种高级分析和其他VI

快速启动可立即执行的范例NI解决方案NI支持构建从最简单的测控系统到大型、分布式的测控系统，并且采用相同的开发环境完成系统构建任务。最简单的机器控制系统由一个控制器组成。图4.1没有显示界面的控制器NI解决方案

较复杂一些控制系统中增加了一个HMI或者更多的控制器（如图4.2）。这个控制系统一般用于由操作人员控制的机器中。图4.2局部机器控制系统NI解决方案

复杂的机器控制系统中可能包含许多控制器或HMI（图4.3）。这个系统中一般拥有一个高级的终端服务器作为数据记录及转发的引擎。可以在大型或复杂的机器中使用这个控制系统。通过这个系统，可以与不同位置的机器进行通讯或者为不同的操作员分配不同的监视及控制任务。图4.3分布式机器控制系统NI解决方案图4.4局部机器控制结构的概览NI解决方案图4.5控制器构架及单元NI解决方案CompactRIO简介CompactRIO是一款坚固耐用、可重配置的嵌入式系统，主要由三个部分组成：实时控制器，可重配置的FPGA（现场可编程门阵列）和工业级I/O模块。图4.6NIcRIO控制器图4.7可重构的机箱NI解决方案图4.8可以选择50多种I/O模块来将CompactRIO连接到几乎所有的传感器和执行器上I/O模块包含隔离、转换电路，信号调理功能，并可直接与工业传感器或执行机构相连。通过提供多种连线选择并将连接器的接线盒集成到模块上，CompactRIO系统大幅降低了对空间的需求和现场布线的成本。NI解决方案

嵌入式软件开发部分，使用LabVIEW开发环境，以NI提供的例程为起点，在详细、有效的帮助系统指导下，可以在已有代码的基础上迅速实现嵌入式测试系统的应用软件。LabVIEW2012的初始画面嵌入式系统方案总结三种技术都可以用于实现嵌入式测控系统，各自的优缺点：WindowsEmbedded的最大特点是与桌面系统的最大兼容性，能够将运行于桌面系统的应用以最小的代价移植到嵌入式系统中，能够提供用户熟悉的用户界面和使用习惯，只需要支付较少的成本；同时也有其缺点：在实时性能、响应时间、确定性及抖动等方面表现不佳。VxWorks作为十分优秀的嵌入式系统，能够满足用户对实时性能、响应时间、确定性及抖动等方面的苛求要求。面对复杂多变的实际应用环境，VxWork