LabVIEW直觀的圖形化開發(fā)特性，可使工程師把更多的精力集中在功能開發(fā)上，而不是代碼撰寫上，進而大幅縮短開發(fā)時間和成本。LabVIEW又是一個開放性的軟件平臺，對于一些特定的應用，提供多種工具包和模塊來提升和加速系統(tǒng)開發(fā)。比如，LabVIEW FPGA模塊，工程師就無須硬件描述語言和硬件設計相關專業(yè)知識，便可在WINDOWS操作系統(tǒng)上，通過圖形化開發(fā)自定義的FPGA邏輯代碼并下載到FPGA硬件目標，來實現(xiàn)創(chuàng)建自定義硬件。如圖1所示在FPGA上實現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)和數(shù)字或模擬信號間納秒級的同步測量。當測試要求改變時，可通過下載新的代碼到FPGA，而無需新的定制硬件。同時，提供VHDL語言接口，為方便工程師直接使用現(xiàn)成的VHDL代碼。LabVIEW Real-Time模塊用于針對實時硬件目標開發(fā)時間確定性的應用程序；嵌入式開發(fā)系統(tǒng)模塊適用于任何32位處理器的圖形化開發(fā)；DSP模塊則適用于圖形化DSP算法開發(fā)，集成數(shù)字濾波器設計工具包；信號處理工具包適用于測試數(shù)據(jù)的高精度頻譜分析和顯示。總之，圖形化開發(fā)軟件LabVIEW將極大地提高工程師的工作效率。

圖1 用NI LabVIEW實現(xiàn)FPGA圖形化編程

使用LabVIEW FPGA軟件和可重復配置硬件技術，可創(chuàng)建高性能的控制和采集系統(tǒng)。下面舉兩個例子，有關基于FPGA技術的硬件平臺在車載測試中的應用。

用戶解決方案1：便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

車載數(shù)據(jù)采集的信號類型包括溫度信號(熱電偶、RTD)、聲音和振動信號(帶IEPE激勵的加速度傳感器或麥克風)、壓力和載荷信號(應變計或稱重傳感器)、位置信號(LVDT或線性電位計)、速度信號(編碼器)、控制總線信號(CAN,J1350,ODBII)，以及視頻信號等。這些信號都是用于汽車性能的評價。

德國Goepel Electronic公司在面臨上述信號類型、環(huán)境條件復雜、有大量數(shù)據(jù)存儲要求，用于車載測試分析和在線診斷的便攜式測試設備時，選擇了NI CompactRIO嵌入式控制系統(tǒng)，LabVIEW FPGA模塊和LabVIEW Real-Time模塊。在很短的時間內(nèi)開發(fā)了CARLOS (in-car logging system)，加上CompactRIO平臺的低成本解決方案，從而大大節(jié)省了預算。

圖2 Goepel CARLOS 車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

CompactRIO硬件平臺(參看圖2)是一個基于FPGA技術的嵌入式系統(tǒng)。FPGA芯片是CompactRIO體系結(jié)構(gòu)的核心，直接和相應的車載模塊相連。車載模塊可直接和車用傳感器、執(zhí)行器和網(wǎng)絡相聯(lián)，并提供信號調(diào)理、隔離和汽車總線。該平臺包含一個嵌入式實時處理器，可用于獨立工作、確定性控制、車載數(shù)據(jù)記錄和分析等。CompactRIO具有小型、堅固的機械封裝、可承受50g沖擊和-40 oC到70 oC工作溫度范圍等特點，提供雙電壓輸入(9~35V)，可直接從車上電池取電。這些都使CARLOS適用于復雜的車載測試環(huán)境和有限的測試空間。

該系統(tǒng)已成功用于實驗室、風洞和試驗場上的汽車測試，可長時間記錄數(shù)據(jù)。另外，可通過選擇相應的車載模塊和內(nèi)置的應用程序，實現(xiàn)不同測試的需求。比如為了實現(xiàn)冬季或夏季試驗中發(fā)動機熱管理系統(tǒng)的評價，只需選擇溫度等信號對應的車載模塊和已開發(fā)好的LabVIEW應用程序即可；同時，該程序提供報警、用LabVIEW報告生成工具包實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入EXCEL表格、或直接寫進數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)查看等功能。此外，基于FPGA的CompcatRIO開放試架構(gòu)允許用戶擴展系統(tǒng)或進一步開發(fā)自定義的測試系統(tǒng)。

用戶解決方案2：自定義遠程模塊開發(fā)

無線通信技術已廣泛應用于汽車在行進中實現(xiàn)監(jiān)控狀態(tài)、精確定位或遠程通信，包括GPS導航和精確定位、胎壓監(jiān)測等；其中，GPS在日本和歐美汽車上安裝的普及率逐年上升，在國內(nèi)也越來越受關注。

德國S.E.A. Datentechnik GmbH公司針對車載無線通信測試的需求，為了盡快將產(chǎn)品投入市場，選擇了基于FPGA技術的CompactRIO開放式硬件平臺和LabVIEW開發(fā)環(huán)境。根據(jù)車載遠程控制、數(shù)據(jù)采集、位置跟蹤等應用需求開發(fā)了cRIO GPRS(General Packet Radio Service)、 cRIO GPS(Global Positioning System)、cRIO RCC(Radio Controlled Clock)和一個混合模塊cRIO Gxxx，如圖3所示。最終，整個項目的開發(fā)時間比原計劃提前了40%。

圖3 S.E.A. Datentechnik遠程模塊

GPS模塊通過接收L1波段的GPS信號實現(xiàn)精確的定位。接收機可以在啟動之后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成NMEA 0183格式，以便進一步分析。備份電池可以保證接受機的記憶功能，存儲以前的信息，比如位置數(shù)據(jù)。該模塊可用于汽車導航、精確定位。GPRS模塊通過GSM/GPRS公網(wǎng)進行測量數(shù)據(jù)和事件消息傳輸，同時使用SIM卡讀卡器接入GSM/GPRS網(wǎng)絡，以短信方式手法數(shù)據(jù)，可應用汽車防盜系統(tǒng)。RCC模塊用于分布式系統(tǒng)的時間同步；混合模塊則集合了以上功能。在車載應用時，CompactRIO嵌入式系統(tǒng)的高度可靠性得以充分體現(xiàn)。
這些模塊除用于車載測試外，還可廣泛應用于ATM終端、工業(yè)和醫(yī)療遠程系統(tǒng)、遠程診斷等。

4. 總結(jié)

FPGA技術帶來了車載測試技術的創(chuàng)新，憑借開發(fā)基于FPGA硬件的單個系統(tǒng)可以解決不同的車載測試應用，而無需多個定制的測試設備。圖形化FPGA編程則進一步縮短開發(fā)時間。NI CompactRIO是基于FPGA的硬件平臺之一，用戶可以開發(fā)適用于涉及汽車總線、不同信號類型的車載測試應用，甚至可以自己定制開發(fā)模塊實現(xiàn)特定的車載測試功能。