物聯(lián)網(wǎng)掀起的第四次工業(yè)革命浪潮正逐步擴大，帶動嵌入式系統(tǒng)訊號擷取與控制應(yīng)用需求大量涌現(xiàn)，因此美商國家儀器(NI)推出采用開放式平臺的可程式化自動控制器CompactRIO(cRIO)，以及價格更平易近人的myRIO方案，協(xié)助產(chǎn)業(yè)界加速新一代嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

著眼于RIO在CPS角色更加舉足輕重，美商國家儀器除將RIO設(shè)定為2013年NI Week展會的主軸之外，更分別瞄準產(chǎn)學界推出核心處理器和即時作業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)皆大改造的cRIO-9068及myRIO，以更迎合CPS對于更開放平臺和更快處理效率的要求。

8 月初，美國德州奧斯汀(Austin)氣溫飆升至39℃，酷熱難耐。位于塞薩爾.查韋斯(Cesar Chavez)街的奧斯汀會議中心(Austin Convention Center)內(nèi)，美商國家儀器(NI)正盛大舉辦一年一度、為期四天的大型活動--第十九屆NI Week，吸引超過四千位來自不同領(lǐng)域的各國制造商和學者齊聚一堂，一睹該公司2013年最新發(fā)布的產(chǎn)品與技術(shù)。

工業(yè)革命啟動　NI GSD方案備戰(zhàn)

由于美商國家儀器觀察到信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System， CPS)已勢不可當，未來負責運算工作以進行訊號分析的可重設(shè)輸入輸出(Reconfigurable I/O， RIO)角色將更加吃重，因此本屆NIWeek亦特地選擇RIO做為展會的主軸，在開幕第一天與學術(shù)論壇中，分別發(fā)布采用RIO架構(gòu)所開發(fā)的最新款可程式化自動控制器CompactRIO系列--9068(cRIO-9068)和瞄準教學市場的全新產(chǎn)品myRIO，準備大舉搶灘CPS市場。

圖1 美商國家儀器創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長James Truchard表示，以軟體定義硬體平臺設(shè)計將為大勢所趨，而該公司的產(chǎn)品策略亦朝此發(fā)展。

美商國家儀器創(chuàng)辦人暨執(zhí)行長James Truchard(圖1)于開幕第一天的論壇中表示，產(chǎn)業(yè)界正在經(jīng)歷第四次工業(yè)革命，信息物理融合系統(tǒng)將為大勢所趨(圖2)。該系統(tǒng)系由運算、通訊及控制所組合而成的系統(tǒng)架構(gòu)(圖3)，將會大大改變交通運輸、醫(yī)療保健、能源、制造業(yè)及農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

Truchard進一步指出，無所不在的運算和即時系統(tǒng)將成為第四次工業(yè)革命的中心，而美商國家儀器已擁有真正協(xié)助重新定義產(chǎn)業(yè)運作的技術(shù)。

事實上，Truchard所指的技術(shù)即是美商國家儀器旗下以LabVIEW軟體為中心的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(Graphical System Design， GSD)，該產(chǎn)品的發(fā)展走向與CPS不謀而合，亦即朝更開放且處理速度更快的平臺演進。也因此，Truchard認為，該公司GSD將能協(xié)助客戶群建置所需且完整的CPS。

圖2 工業(yè)革命的演進過程

圖3 CPS系統(tǒng)架構(gòu)圖

美商國家儀器的GSD包含CompactDAQ、PXI模組化儀器、CompactRIO及LabVIEW圖形化介面軟體，在CPS中分別在擷取外部龐大的數(shù)據(jù)資料、進行分析，及呈現(xiàn)結(jié)果等功能上各司其職。今年NIWeek除推出新一代的CompactDAQ--cDAQ-9188XT及LabVIEW 2013之外，針對CPS對于兼顧更快資料處理速度和更開放平臺的要求，亦推出新一代cRIO-9068因應(yīng);同時針對學術(shù)市場發(fā)表前所未有的劃時代產(chǎn)品 myRIO。

RTOS/處理器大翻新　NI新版CompactRIO現(xiàn)身

美商國家儀器于今年NI Week發(fā)布新一代CompactRIO系列cRIO-9068，無論是即時作業(yè)系統(tǒng)(RTOS)或核心處理器皆大改造，其中即時作業(yè)系統(tǒng)從溫瑞爾 (WindRiver)VxWorks更改為全新Linux架構(gòu)的即時作業(yè)系統(tǒng);核心處理器則由英特爾(Intel)x86核心處理器替換成賽靈思 (Xilinx)系統(tǒng)單晶片(SoC)Zynq-7020。

圖4 美商國家儀器市場行銷資深副總裁Eric Starkloff指出，cRIO-9068采用最先進的開放式系統(tǒng)設(shè)計，將瞄準控制與監(jiān)測系統(tǒng)市場。

美商國家儀器市場行銷資深副總裁Eric Starkloff(圖4)表示，相較于VxWorks為封閉式的架構(gòu)，Linux即時作業(yè)系統(tǒng)屬于開放式的架構(gòu)，能讓眾多相關(guān)業(yè)者開發(fā)出多元化的周邊功能，如驅(qū)動程式等，因此提供使用廠商更豐富的開發(fā)資源。也因此，美商國家儀器將新一代的CompactRIO架構(gòu)改弦易轍，并導(dǎo)入Linux即時作業(yè)系統(tǒng)。

Starkloff進一步指出，著眼于C/C++電腦程式設(shè)計語言使用族群廣泛，該公司已于cRIO-9068內(nèi)建的Linux即時作業(yè)系統(tǒng)，支援產(chǎn)業(yè)界已應(yīng)用廣泛的跨平臺開源整合式開發(fā)環(huán)境Eclipse，期望藉此獲得更多的C/C++應(yīng)用程式開發(fā)工程師采用，擴大cRIO- 9068的市場滲透率。

據(jù)了解，目前僅有cRIO-9068提供Eclipse開發(fā)環(huán)境，未來美商國家儀器將計劃逐步導(dǎo)入在其他CompactRIO產(chǎn)品線。

除即時作業(yè)系統(tǒng)有新轉(zhuǎn)變之外，cRIO-9068也一改過去所采用的英特爾x86核心處理器，轉(zhuǎn)向采用賽靈思最新的Zynq系列SoC。Starkloff 強調(diào)，過去該公司采用英特爾x86核心處理器架構(gòu)開發(fā)CompactRIO，產(chǎn)品架構(gòu)須設(shè)法與現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA)配搭，然賽靈思Zynq系列 SoC問世后，已整合高性能的安謀國際(ARM)雙核心Cortex-A9和FPGA，可顯著降低開發(fā)復(fù)雜度并提升效率。

據(jù)悉，未來美商國家儀器仍將持續(xù)規(guī)畫搭載英特爾x86核心處理器架構(gòu)的CompactRIO，并與采用賽靈思Zynq系列SoC的CompactRIO產(chǎn)品線市場定位有所區(qū)隔，將分別瞄準高階和中高階的應(yīng)用領(lǐng)域(圖5)。

圖5 臺灣半導(dǎo)體設(shè)備商萬世揚已率先采用cRIO-9068試開發(fā)出新一代元件取放機臺。

Starkloff 補充，無論是前一代cRIO-9074或新一代的cRIO-9068，皆可借助美商國家儀器LabVIEW圖形化介面軟體達成無縫接軌的目的，完全毋須因 cRIO-9068核心處理器架構(gòu)不同而改變開發(fā)環(huán)境，導(dǎo)致面臨設(shè)計時間延長的窘境，因此客戶可輕松從cRIO-9074轉(zhuǎn)換使用cRIO-9068。

擴張教學市場勢力版圖　NI新兵myRIO出擊

此外，美商國家儀器日前針對教學市場亦發(fā)布CompactRIO的延伸產(chǎn)品線myRIO(圖6)，該產(chǎn)品采用與CompactRIO相同的技術(shù)，但價格更平易近人且操作更為簡化，打破過去產(chǎn)業(yè)界對于CompactRIO價格昂貴的刻板印象，可助力學生輕松打造出多元化應(yīng)用的酷炫嵌入式系統(tǒng)。

圖6 美商國家儀器新推出的myRIO將助力學生能在一學期內(nèi)完成精密系統(tǒng)設(shè)計，大幅縮短學生作品開發(fā)的時間。

圖7 美商國家儀器學術(shù)計劃總監(jiān)Dave Wilson強調(diào)，myRIO具將協(xié)助學生以最短的時間與最低的成本，開發(fā)出酷炫的嵌入式系統(tǒng)。

美商國家儀器學術(shù)計劃總監(jiān)Dave Wilson(圖7)表示，myRIO系產(chǎn)業(yè)界前所未有的新概念產(chǎn)品，與最新的CompactRIO同樣采用賽靈思Zynq SoC當作控制核心，并搭配I/O介面;而兩者主要的差別在于選用的Zynq系列SoC等級和I/O類型與數(shù)量不同，藉此打造出更貼近學生開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需的控制器方案。

據(jù)了解，美商國家儀器新一代CompactRIO 9068系采用賽靈思Zynq-7020系列SoC，且I/O數(shù)量較豐富;myRIO則是搭載較低功耗的Zynq-7010系列SoC，并搭配簡單的I /O，如通用異步收發(fā)傳輸器(UART)、串列周邊介面(SPI)、內(nèi)部整合電路(I2C)、通用序列匯流排(USB)等學生開發(fā)嵌入式系統(tǒng)較常用的I /O。

Wilson指出，過去學生僅能透過傳統(tǒng)制式的系統(tǒng)設(shè)計工具開發(fā)嵌入式系統(tǒng)，不僅操作復(fù)雜且耗費的設(shè)計時間冗長，無法符合學生開發(fā)嵌入式系統(tǒng)縮短時間的要求。有鑒于此，該公司依據(jù)學生的設(shè)計訴求：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度不高，卻要求短時間內(nèi)迅速開發(fā)完成，以繳交作品，開發(fā)出劃時代的產(chǎn)品myRIO。

據(jù)悉，myRIO擁有所有學生開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需的I/O，并具備堅固的外觀，以及可使用美商國家儀器長期建置完整且成熟的生態(tài)系統(tǒng)(Ecosystem)資源，如LEGO Sensor、FPGA Personality Library、Arduino Shield等，助力學生擁有更多資源加快嵌入式系統(tǒng)開發(fā);此外，該款新產(chǎn)品的單板式(Single Board)系列的主機板省卻無線區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)天線及與微系統(tǒng)埠(MiniSystems Port， MSP)，不僅可節(jié)省整體物料清單(BOM)成本，亦可縮小外觀設(shè)計，故能輕易整合至任何尺寸的嵌入式系統(tǒng)。

Wilson強調(diào)，myRIO除硬體設(shè)計顛覆傳統(tǒng)CompactRIO之外，內(nèi)部仍內(nèi)建該公司所有平臺的軟體核心LabVIEW，不僅能透過LabVIEW圖形化介面輕松整合通訊、控制、訊號處理等功能，設(shè)計出嵌入式系統(tǒng)，并能藉由LabVIEW FPGA編程FPGA。

Wilson認為，美商國家儀器的DAQ、PXI模組化儀器已分別針對學術(shù)市場開發(fā)出myDAQ和模組化工程教學平臺(ELVIS)，而該公司myRIO問世后，將讓旗下瞄準學術(shù)市場的產(chǎn)品線更完整，提供學生開發(fā)嵌入式系統(tǒng)更周全的設(shè)計環(huán)境與方案。

面對第四次工業(yè)革命來臨，美商國家儀器旗下的GSD已蓄勢待發(fā)，并持續(xù)透過CompactDAQ、CompactRIO，及LabVIEW等產(chǎn)品推陳出新，強化整體產(chǎn)品的競爭力。可以預(yù)期的是，隨著該公司CompactRIO的即時作業(yè)系統(tǒng)和處理器架構(gòu)改朝換代，GSD資料分析能力亦將大幅躍進，未來CPS 的效能亦將更加強大。