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構建新型儀器：軟件定義的儀器

LabVIEW軟件結合創新型硬件，為儀器設備帶來永久性的變化

http://kadhoai.com.cn 2026-04-26 21:56:25 來源：美國國家儀器（NI）有限公司

作者: Charles Schroeder, 美國國家儀器公司測試市場部總監

如同每個孩子所擁有的第一套LEGO^® 玩具改變了他們對世界的認識一樣，26年前，美國國家儀器通過NI LabVIEW係統設計軟件，重新改變了人們對儀器的認知。今年，NI將再次重演曆史，發布一款新型儀器，幫助測試工程師擺脫廠商定義儀器的束縛。

xuduonianlai，yiqidejibenmoshimeiyoutaidadegaibian。xuyaojinxingceshigongzuodegongchengshihekexuejiabixuxiancongceshicelianggongyingshangchugoumaigongnenggudingdeyingjian，ranhouzaibiaozhuntaishijisuanjishangshiyongzhuruLabVIEW之zhi類lei的de軟ruan件jian，通tong過guo信xin號hao處chu理li，決jue策ce，自zi動dong化hua等deng方fang式shi擴kuo展zhan硬ying件jian的de功gong能neng。而er模mo塊kuai化hua儀yi器qi的de出chu現xian是shi一yi個ge巨ju大da的de飛fei躍yue，並bing成cheng為wei了le自zi動dong化hua測ce試shi係xi統tong的de既ji定ding標biao準zhun。但dan是shi模mo塊kuai化hua儀yi器qi中zhong的de許xu多duo功gong能neng已yi由you廠chang家jia在zai嵌qian入ru式shi固gu件jian中zhong定ding義yi完wan畢bi，用yong戶hu無wu法fa對dui固gu件jian進jin行xing更geng改gai以yi滿man足zu特te定ding的de應ying用yong需xu求qiu。

然(ran)而(er)，對(dui)於(yu)許(xu)多(duo)其(qi)他(ta)的(de)應(ying)用(yong)來(lai)說(shuo)，固(gu)定(ding)功(gong)能(neng)的(de)硬(ying)件(jian)理(li)念(nian)已(yi)經(jing)過(guo)時(shi)。傳(chuan)統(tong)的(de)手(shou)機(ji)生(sheng)產(chan)商(shang)正(zheng)努(nu)力(li)快(kuai)速(su)轉(zhuan)向(xiang)基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)。客(ke)戶(hu)希(xi)望(wang)通(tong)過(guo)在(zai)設(she)備(bei)上(shang)運(yun)行(xing)的(de)軟(ruan)件(jian)獲(huo)得(de)更(geng)多(duo)的(de)控(kong)製(zhi)，使(shi)得(de)他(ta)們(men)的(de)手(shou)機(ji)具(ju)備(bei)滿(man)足(zu)特(te)定(ding)個(ge)人(ren)需(xu)求(qiu)的(de)功(gong)能(neng)。而(er)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)也(ye)不(bu)外(wai)乎(hu)此(ci)。

您現在可以使用首款軟件定義的儀器，NI PXIe-5644R矢量信號收發器（VST），來體驗至今最具靈活性的自定義測試儀器。

軟件設計儀器具備的三個本質特性：

· 使用基於FPGA的開源固件設計的儀器硬件，具有即時可用的特點，並包含豐富的範例代碼。

· 優秀的係統設計軟件能夠降低自定義硬件儀器設計的複雜度。

· 從集成一個固定功能的設備到設計出用戶真正需要的儀器，這是一個根本性的理念改變。

使用開源的基於FPGA固件的硬件

新的NI PXIe-5644R VST尺寸更小，成本更低，能更加徹底地以軟件為核心。基於行業領先的FPGA技術和完全基於LabVIEW編寫開源軟件和固件的原則，VST硬件設計可以盡可能地將射頻轉換成比特。使用靈活的軟件設計方案來替換固定的廠家定義的硬件，VST可幫助測試工程師設計出他們真正需要的儀器功能。

圖1：在NI PXIe-5644R VST的設計中，將矢量信號發生器和分析儀與一個FPGA相連接，這樣用戶可以在第一次射頻測試應用中執行閉環的係統級測試任務

VST還能幫助射頻工程師集成最多五個射頻通道（每個通道都具備射頻生成和采集功能）至一個PXI機箱，以滿足並行測試需求和多輸入多輸出（MIMO）應用需求。大多數的傳統儀器解決方案提供一個激勵，或者測量一個響應；而VST在一個獨立硬件上結合了射頻發生器和分析儀，因為這兩個儀器都與一個FPGA相連接，用戶可以在這個FPGA中對固件進行設計，使得他們在第一次射頻測試應用中就能使用閉環的係統級測試功能。

通過將矢量信號發生器（VSG）和矢量信號分析儀（VSA）與LabVIEW可編程實時信號處理與控製相結合，VST具備了以下的特性：

· 一個用戶可編程FPGA

· 覆蓋從85 MHz到6 GHz的頻率範圍

· 80 MHz實時射頻帶寬

· 結合了射頻發生器和分析儀，以及一個高速數字I/O端口

· 使用三個PXI Express插槽，降低成本，減小封裝

· 支持最新的無線標準（802.11ac和 LTE）

軟件使得矢量信號收發器更為強大

圖2：該LabVIEW 2012框圖展示了VST信號鏈的每一部分，從信號采集到校準，再到數字信號處理（DSP）及存儲於內存中

LabVIEWruanjianjiehegaixinxingshepinyiqi，nenggoubangzhusuoyoujubeishepinzhishidegongchengshihekexuejiachenggongshejichuxindetexinghuotigaoxianyouyiqixingneng。ruanjianyingdangshouxianrangkehuzaiyiqizhongyixitongjibieduiruanjianjinxingsheji，yijibenmokuaiwanchengtuxinghuahebiancheng，laijianhuayiqidefuzadu。jiezhe，ruanjianyingdangzaidicengchouxianghuashepinyiqiruanjianhegujiandefuzadu，shiyonghukuaisulijiexinhaoliu，bingqielejiezaishenmeshihougaijinxingzenyangdezengjiahuoxiugai。zhenenggoubangzhukehuyicengcihuadefangshishenrulejiemeigechouxiangchuli，fangwenyiqizhongdemeiyigegongneng。

編寫軟件的語言應當兼顧微處理器和FPGA，使shi得de用yong戶hu可ke以yi在zai任ren意yi位wei置zhi利li用yong這zhe兩liang個ge處chu理li器qi架jia構gou的de內nei在zai並bing行xing性xing來lai執zhi行xing自zi定ding義yi功gong能neng。最zui後hou，軟ruan件jian應ying當dang提ti供gong良liang好hao的de參can考kao設she計ji，以yi幫bang助zhu那na些xie更geng加jia熟shu悉xi傳chuan統tong儀yi器qi的de客ke戶hu立li即ji獲huo取qu測ce量liang結jie果guo。

   LabVIEW可以滿足上述的全部需求。它可以對在儀器上的FPGA、實時處理器和PC軟件並行編程進行優化。其天生的數據流編程模型也能提供直觀的方式，顯示數據從I/O管腳輸入到應用程序的過程。這種方法可以解決可視化的問題，並能夠在同一個程序框圖中實現。

   自從1998年以來，經過實際的驗證，LabVIEW可應用於實時係統的編程，從2003年起，LabVIEW即可直接對FPGA進行編程。事實上，多年來通過基於LabVIEW的可重複配置I/O（RIO）構架的產品，LabVIEW已經能夠應對高性能、確定性任務的係統設計挑戰。在CERN的de大da型xing強qiang子zi對dui撞zhuang機ji中zhong管guan理li視shi準zhun儀yi，在zai全quan球qiu的de醫yi生sheng辦ban公gong室shi中zhong控kong製zhi激ji光guang進jin行xing白bai內nei障zhang手shou術shu，構gou建jian未wei來lai可ke再zai生sheng能neng源yuan的de獲huo取qu和he分fen布bu式shi係xi統tong，這zhe些xie都dou是shiLabVIEW用於確定性、高性能要求應用中的案例。NI PXIe-5644R VST的發布為射頻領域的工程師也帶來了這些強大的功能。

   LabVIEW 2012提供了新的模板和範例項目，可應用於大多數的NI硬件設備，包括VST。範例項目可以確保係統的質量和可擴展性，並包含了可以使VST作為VSA和VSG工gong作zuo於yu嵌qian入ru式shi射she頻pin流liu盤pan應ying用yong的de軟ruan件jian，從cong而er給gei予yu用yong戶hu一yi個ge強qiang大da的de測ce試shi應ying用yong起qi始shi點dian。所suo有you的de模mo板ban和he範fan例li項xiang目mu都dou是shi開kai源yuan的de，並bing且qie包bao含han了le相xiang關guan文wen檔dang，清qing楚chu地di闡chan明ming了le應ying用yong方fang法fa，以yi及ji增zeng加jia或huo修xiu改gai功gong能neng的de最zui佳jia實shi踐jian方fang法fa。

圖3：用戶可以使用LabVIEW FPGA模塊來對VST上的FPGA進行編程，其具有整合浮點計算和分析的特性

   用戶可以使用LabVIEW FPGA模塊（在最新的2012版本中還增加了許多新的功能）對VST上的FPGA進(jin)行(xing)編(bian)程(cheng)。諸(zhu)如(ru)整(zheng)合(he)浮(fu)點(dian)計(ji)算(suan)和(he)分(fen)析(xi)的(de)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)給(gei)用(yong)戶(hu)更(geng)多(duo)的(de)選(xuan)擇(ze)進(jin)行(xing)代(dai)碼(ma)移(yi)植(zhi)和(he)複(fu)用(yong)，並(bing)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)優(you)化(hua)技(ji)術(shu)以(yi)生(sheng)成(cheng)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)FPGA IP核。

對儀器的全新認知

   在經過數十年學習如何對廠家定義的儀器進行編程後，用戶現在可以使用NI PXIe-5644R VST和LabVIEW來設計自己的儀器。

通過軟件設計的方法，用戶不用再去問：“我如何才能讓這個盒子發揮廠家預先設計的功能？”相反地，用戶會開始問：“如果我能讓這台儀器做我想讓它做的事情，我會讓它做什麼，我該如何去做呢？”

較早使用VST的用戶將他們的設備用於以下應用：

· 將協議嵌入到儀器中以搭建協議感知的射頻測試器

· 通過整合的實時通道模型來仿真現場射頻設備測試

· 使用硬件在環技術對射頻功率放大器的非線性進行伺服

· 軟件定義無線電以未來射頻標準進行原型開發

對於部分人來說，其應用和未來的發展是顯而易見的；erqitaderenzehuixuyaoyiduanshijiancaihuijieshouzhegexinfangfa。jiurutongdangnianyonghushouquandezhinengshoujidechuxianyiyang。xianzaihuitouqukan，womenwufaxiangxiangbunengshiyongzhinengshoujiqushixianwushuyingyongdeshenghuo，dandangdiyibuzhinengshoujiwenshishi，daduoshuderenhaizhishibatarenweishiyibuputongdeshouji。yidanruanjiandingyideyiqichengweizhuliu，niduiyiqidekanfayouhuiruhegaibianne？

了解VST的詳情請訪問www.ni.com/vst/zhs

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