基于cRIO-9031高性能控制器的控制和监测应用

CompactRIO高性能控制器基于LabVIEW RIO架构，采用了功能强大的Intel Atom片上系统(SoC)和Xilinx Kintex7 FPGA等最新技术。 Intel Atom SoC提供了极高的性能和丰富的功能，包括集成式GPU和双核1.33 GHz处理器。 比起其他CompactRIO控制器的FPGA，Kintex-7 325T FPGA包含大约3倍的复杂逻辑块和超过13倍的DSP片。 FPGA与处理器使用PCI Express总线进行通信，大大提高了吞吐量，并可访问16个DMA通道。

 

全新CompactRIO高性能控制器采用的LabVIEW RIO架构提供了软件灵活性，可将HMI和控制任务集成到同一个硬件和同一个操作系统中。 这主要归功于Intel Atom SoC和NI Linux Real-Time操作系统提供的特性。 NI Linux Real-Time操作系统可将任务优先级显示给开发人员，为控制任务分配比在同一个应用程序中运行的HMI软件任务更高的优先级。

这些技术的结合大大提高了闭环控制应用的系统吞吐量并降低了延迟。 CompactRIO高性能控制器为嵌入式设计人员提供了灵活强大的硬件，同时还可帮助他们降低系统复杂性和成本。

为了证明CompactRIO高性能控制器的性能，NI研发部设计了一系列基于cRIO-9031高性能控制器的控制和监测应用基准测试。 这些测试同样适用于其他使用相同CPU的CompactRIO高性能控制器产品。

1. 基准测试设置和测量

我们选择了具有代表性的常见控制和监测应用以及这些应用中常见的主要任务进行基准测试。 下表列出了本次研究要进行的测试。

表1 - 在CompactRIO控制器上进行测试，以测量应用的性能和吞吐量

本研究的测试对象是以下硬件终端：

NI cRIO-9025 | 800 MHz， PowerPC

NI cRIO-9068 | 667 MHz，ARM Cortex-A9 双核

NI cRIO-9031 | 1.33 GHz，Intel Atom双核

NI cRIO-9082 | 1.33 GHz，Intel Core i7 双核

虽然本研究重点关注的是CompactRIO高性能控制器及其与同一产品家族其他控制器（如cRIO-9025）的性能对比，但是其他CompactRIO产品系列的代表性硬件终端，如cRIO-9068和cRIO-9082也包含在测试中，以便读者更完整地了解CompactRIO系统所提供的各种可能性。

CPU使用率作为通用指标来比较这些CompactRIO控制器的相对性能。 对于每个测试，我们通过在稳定的状态下改变数据传输的通道数或控制循环速率来测量CPU使用率。 这些指标可以帮助我们了解可用于添加代码、提高循环速率或增加数据传输通道的资源。

其他考量因素：
. 对于搭载多核处理器的CompactRIO系统，取每个内核测试结果的平均值。
. 对于NI cRIO-9031控制器，分别在启用和禁用嵌入式用户界面的条件下进行测试，以测量该功能对系统整体性能的影响。

2. 测试1——LabVIEW FPGA控制项目范例的性能基准测试

全新高性能CompactRIO系统采用的技术组合为复杂的实际应用带来了无可比拟的性能提升。 针对控制应用测试时，我们选择基于CompactRIO的LabVIEW FPGA控制项目范例。 我们在该项目范例的基础上增加了在Real-Time控制器上执行八通道三次样条轨迹生成算法，进一步增大CPU的负荷。

图1 -基于CompactRIO的LabVIEW FPGA控制项目范例的架构框图包含了一个八通道三次样条轨迹生成算法

下图显示的数字表示控制循环速率为1.5 kHz时的CPU使用率。 在该速率下，cRIO-9031高性能控制器使用约11％的处理器资源， 而cRIO-9068和cRIO-9025控制器分别需要21％和64％的处理器资源，相比之下，cRIO-9031高性能控制器具有明显的优势。

图2 - 当控制循环速率为1.5 kHz时，运行包含八通道三次样条轨迹生成算法的控制应用程序所需的处理器资源比较