1. 概述

NI R系列多功能RIO設備具有用戶定義的板載處理功能，使系統定時及觸發具有高度的靈活性。 R系列硬件采用用戶可編程的FPGA來替代用于控制設備功能的固定式ASIC芯片，使得所有模擬和數字I/O通道均可針對特定應用進行配置。 使用LabVIEW FPGA模塊，您無需深入了解硬件描述語言就可以通過LabVIEW控制硬件來實現智能數據采集、閉環控制、數字通信協議、傳感器仿真和內聯信號處理等功能。

LabVIEW RIO架構

十多年來，工程師和科學家們已經使用R系列設備和LabVIEW可重配置I/O架構來增強基于PC的電子系統的功能，進而獲得應用所需要的性能、穩定性和確定性。 這篇白皮書主要介紹了PXIe總線數字I/O類的R系列設備，這是R系列家族中最新的高性能技術，可用于自定義數字應用。

2. Kintex-7 提升性能和功能
Xilinx公司的Kintex-7 FPGA擁有和前代高端FPGA相同的資源容量和性能，但是功耗僅為前代高端FPGA芯片的一半，非常適用于PXIe總線數字I/O類的R系列設備。 與前代數字I/O類R系列設備相比，功耗的大幅降低使得每個設備可以分配更多的數字信號處理(DSP)資源。 隨著邏輯資源和DSP資源的增多，您可以借助使用愈加廣泛的信號處理技術和實時分析技術來實現更復雜的算法，解決日益增長的I/O數據速率和當今應用復雜程度所帶來的問題。 表格1比較了PXIe總線數字I/O類R系列設備所使用的FPGA和前代PXI總線R系列設備使用的FPGA。

表1.?PXI和PXIe總線R系列設備中的FPGA比較

3. 新特性

PXIe總線數字I/O類R系列設備具有一些優于PXI總線R系列設備的新特性。 這些特性包括用戶可選擇的邏輯電平、更快的數字I/O速率、DRAM選項、更高的數據流盤能力以及外部時鐘輸入。

R系列設備使用一個可編程的FPGA來替代固定功能的ASIC芯片來控制設備的功能，所以您可以通過配置I/O來滿足特定應用需求。 使用LabVIEW FPGA，單塊硬件就可以滿足最苛刻的要求，并且可以輕松重配置以滿足將來應用的需求。 圖3的例子展示了如何使用LabVIEW FPGA編程實現在R系列設備的數字I/O線上連續讀寫數據。

使用R系列設備實現簡單的DIO功能

可選的數字邏輯電平
R系列設備的靈活性使得諸如與自定義數字協議進行通信等關鍵應用的實現成為可能。 例如，您可以把協議編解碼部分放到R系列設備的FPGA上從而減輕您的上位機CPU處理負擔，簡化上位機程序，使上位機程序直接使用數據進行工作而不用接觸底層協議信號。 另一個例子是和某些設備進行協議通信，這些設備需要在一個固定的時間范圍內響應特定的信號。 FPGA通過板載資源處理特定的數據而不用把數據在FPGA和CPU之間來回傳遞，FPGA降低了延時，使您有能力實現第二個例子中提到的需求。 然而，并非所有的待測設備（DUT）都有相同的通信邏輯電平。 可編程選擇數字邏輯電平的功能讓您在使用PXIe總線數字I/O類R系列設備的時候，能夠直接與DUT連接，可編程選擇的數字邏輯電平包括：3.3V，2.5V，1.8V，1.5V和1.2V。

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PXIe總線數字I/O類R系列設備提供可選擇的數字邏輯電平

更快的DIO速率
除了可選擇數字邏輯電平以外，PXIe數字I/O類R系列設備與前代設備相比還提供了更快的DIO速率。 這些新設備上的DIO支持的最高頻率可達80MHz。

表2.?PXI和PXIe數字I/O類R系列設備的最大DIO頻率和需要的附件

為了支持更高的速率，NI設計了新的線纜和接線盒附件。 PXIe數字I/O類R系列設備使用SHC68-C68-RDIO2線纜和SCB-68 HSDIO接線盒替代前代設備使用的SHC68-68-RDIO線纜和SCB-68A接線盒。

PXIe數字I/O類R系列設備使用高性能附件支持對高性能信號的訪問

這些附件在FPGA和DUT之間提供阻抗匹配連接，這允許R系列設備運行在更高的速率上，同時還具有高度的信號完整性。

DRAM
許多高性能儀器使用DRAM作為本地存儲。 PXIe數字I/O類R系列設備提供DRAM資源，這樣您可以完全自由地把這種形式的本地存儲資源整合到您自己的應用中。 典型的DRAM用途包括為基于記錄的采集/生成應用提供簡單的本地存儲，以及為通道仿真實現長延時鏈等。

表3.?PXIe R系列DRAM選項

數據流盤
許多應用需要把數據從一個地方流盤到另一個地方。 這種數據流盤可以是在主機CPU和單個硬件模塊之間，也可以是從一個模塊到另一個模塊而根本不經過主機。 第一種主機和R系列設備上的FPGA之間進行的數據流盤通過一個DMA FIFO來實現，DMA FIFO允許FPGA像使用自己的資源一樣使用主機的RAM來在FPGA之間傳輸數據。 前代的R系列設備具有3個DMA FIFO，這3個DMA FIFO在單方向上可以獨立使用。 使用PXIe-782x R系列新家族成員，您可以訪問16個獨立的DMA通道，這16個通道您可以用于傳輸數據，傳輸方向可以是從終端到主機也可以是從主機到終端。

第二種流盤是完全不經過主機的模塊到模塊的方式。 這一過程就是大家熟悉的點對點（P2P）數據流盤。 NI P2P數據流盤技術使用PCIe總線，允許多個儀器之間直接點到點傳輸數據，不用經過主機處理器或者內存。 該技術使得一個系統中的設備之間可以共享信息而不會加重其他系統資源的負擔。 除了PXIe總線的數字I/O類R系列設備，PXIe總線的FlexRIO模塊也支持NI P2P技術，PXIe總線的數字化儀、矢量信號分析儀、矢量信號發生器和任意波形發生器也都支持NI P2P技術。 打算了解更多關于P2P數據流盤的信息，請訪問點對點數據流介紹。

外部時鐘
當使用前代R系列設備編程時，您得使用40MHz時基或者從時基衍生出一個時鐘來。 時基為硬件中的數字信號，可用作FPGA應用的時鐘。 衍生時鐘是由時基創建而來的一個時鐘，您同樣可以使用衍生時鐘作為FPGA應用的時鐘。 時基和衍生時鐘有助于您指定單周期定時循環的執行速率。 然而，當您在LabVIEW項目中創建一個衍生時鐘時，LabVIEW會找一個FPGA實際支持且與目標頻率最接近的頻率作為衍生時鐘的頻率，這樣的頻率也許不能滿足您的特定應用的需求。 在PXIe總線的數字I/O類R系列設備中，您可以把多達4個外部的穩定時鐘源導入到LabVIEW中，并以這些指定的時鐘速率驅動您的DIO，這4個外部時鐘源每個支持的最高頻率可達80MHz。

PXIe總線的數字I/O類R系列設備使您可以導入最高80MHz的外部參考時鐘

4. 其他資源

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