NI的大棋：用圖形化系統設計平臺實現下一代信息物理系統
發布時間：2013-12-12 14:20
發布者：老郭
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今年11月，美國國家儀器公司（National Instruments，簡稱NI）在上海舉辦了第15屆NIDays活動。今年的NIDays活動的主題是“圖形有邊，系統無界”，英文原文是“All systems. Go”。本人以為，英文原文更容易理解，直譯過來就是：所有的系統們，走起。把句子寫全了，它的意思便是：所有的信息物理系統，在NI的圖形化系統設計平臺上起飛吧。 要完全理解這句話的含義，我們需要仔細審視其中提到的三個概念：信息物理系統、平臺和圖形化系統設計。 信息物理系統 要了解NI的規劃有多么宏大，首先我們要了解什么是信息物理系統。NI東亞地區副總裁Ajit Gokhale先生在今年的NIDays主題演講中說，我們生活在一個可編程的世界，這個世界中充滿了傳感、網絡和連接，這在學術界稱作信息物理系統。 信息物理系統（Cyber Physical System – CPS）的概念源于美國。從2006年末開始，美國國家科學基金會和其他聯邦機構便贊助了一些CPS的研討會。2007年7月，美國總統科學技術顧問委員會將CPS列為將來的關鍵信息技術之首。至今，CPS的概念逐漸清晰。 CPS是集計算、通信與控制于一體的下一代智能系統，它包含了將來無處不在的環境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統工程。有學者認為，CPS還應具備遠程協作和自治功能。 工信部《物聯網“十二五”發展規劃》中稱，物聯網是我國戰略性新興產業的重要組成部分。而信息物理系統超越了物聯網的范疇，其影響更深遠、挑戰更艱巨。 
圖1：計算、通信和控制在信息物理系統中同等重要 我們現在已經看到了一些初級的CPS，如物聯網概念中的智能建筑、能源領域的智能電網、交通領域的智能高鐵網絡。NI東亞區市場總監朱君女士說，CPS的出現對中國來說是一個好機會；中國可以借助它在一些領域實現跳躍式的發展，而不必完全重復西方的工業化歷程。比如中國大規模的高鐵建設中，CPS可以讓國產高鐵與以往的高鐵相比實現一個質的飛躍。 盡管CPS前景無限，但開發CPS并非易事。這些挑戰很大程度上來自控制與計算之間的差異和差距。在CPS中，通信、計算和控制三個要素同等重要。自信息技術革命以來，計算機技術和通信技術獲得了長足發展，相比之下，實時、分布式的智能控制技術對于很多IT業者來說卻比較陌生。感知和控制是信息物理系統中的重要組成部分和開發難點。 平臺的重要性 平臺是個通用的概念。任何事物都需要平臺的支撐。萬丈高樓平地起，堅實的基礎是不可或缺的。艦載機是攻擊的利器，但需要航母作為起飛的平臺。平臺的作用就是支撐上層應用，使它們得以更容易地實現。 在PC計算領域，Windows操作系統+Intel x86處理器是主流平臺。在移動計算領域，Android操作系統+ARM處理器是一個重要的開放平臺。無數的應用在這些平臺的基礎上得以開發。平臺為開發人員節省了大量的時間和精力。 在通信領域，HTTP/HTML+計算機（筆記本、臺式電腦、服務器、嵌入式電腦）是基礎平臺。在此基礎上，我們實現了新聞、銀行、視頻、音樂、購物等各種便利的服務。 在信息物理系統領域，我們同樣也需要一個平臺，讓它來作為我們開發、創新工作的起點。為此，NI提供了一個圖形化系統設計平臺，其具體組成是LabVIEW軟件+模塊化硬件。 LabVIEW + RIO架構 數十年來，NI一直致力于LabVIEW系統設計軟件的完善，不斷增加對新技術的支持。今年最新發布的LabVIEW 2013又增加了一些新特性，包括代碼管理、工具包網絡、部署技術的增強、移動與網絡應用及一些新的資源等。這個逐漸完善的圖形化系統設計工具是NI開發平臺的主體。
圖2：NI LabVIEW系統設計軟件的演進 在硬件上，NI也在不斷融合最新技術，如總線技術、處理器技術、FPGA技術和轉換器技術，通過與Intel、Xilinx以及Analog Devices等領先的技術供應商合作,提供靈活、開放而且可自定義的高性能嵌入式系統。特別是RIO（可重配置I/O）模塊，它與LabVIEW組成了圖形化系統設計開發平臺的骨干。
圖3：NI LabVIEW+RIO架構組成了系統開發的軟硬件平臺 LabVIEW + RIO架構結合了處理器、FPGA和模塊化I/O，而這三者都可以通過LabVIEW來編程。今年，NI發布了一系列基于LabVIEW + RIO架構的新產品，其中的重磅產品是cRIO-9068軟件定制的控制器。該產品采用了基于ARM架構的全新 Xilinx完全可編程SoC片上系統 - Zynq。NI cRIO-9068圍繞Zynq進行了重新設計，使之成為有史以來最開放的嵌入式模塊。該模塊支持Linux RT系統，并能夠通過C語言文本編程來對NI CompactRIO進行開發和部署。
圖4：NI RIO模塊中FPGA技術的演進 NI東亞區市場經理湯敏女士說，NI與Xilinx保持了十多年的合作，共推出了60多款RIO產品。此次推出的cRIO-9068軟件定制的控制器中的Zynq SoC搭載677MHz的雙核ARM Cortex-A9處理器和Artix-7 FPGA，比前代產品性能提升了4倍。尤其是，它強化了軟件的開放性、定制性，使C和C++編程人員可以為系統加入定制功能。NI針對Zynq重寫了cRIO-9068的驅動程序，增加了對eclipse編譯器的支持�；贜I Linux實時操作系統，cRIO-9068強化了對嵌入式系統的實時控制，而實時控制正是下一代信息物理系統與常規信息系統的重要差別，也是信息物理系統的開發難點。 結語 信息物理系統，或者編程世界，或廣義物聯網，或其他別的稱謂，總之我們正在向一個更智能的世界邁進。正如IT行業得益于統一的平臺那樣，一個好的平臺會簡化、加速下一代信息物理系統的研發。從用戶的角度來看，平臺是好的；有了一個現成的、堅實的平臺，他們就不必從底層做起，因而節省大量的時間和費用。從供應商的角度看，如果一家廠商提供的平臺能夠成為通用的平臺，那么它的成功是無法限量的。 “All systems. Go”是一句氣勢如虹的口號。鑒于NI數十年矢志LabVIEW研發完善之精神，其成為下一代主流平臺也是情理所至。 |
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