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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://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 23:23:32 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。

許xu多duo年nian來lai，儀yi器qi的de基ji本ben模mo式shi沒mei有you太tai大da的de改gai變bian。需xu要yao進jin行xing測ce試shi工gong作zuo的de工gong程cheng師shi和he科ke學xue家jia必bi須xu先xian從cong測ce試shi測ce量liang供gong應ying商shang處chu購gou買mai功gong能neng固gu定ding的de硬ying件jian，然ran後hou在zai標biao準zhun台tai式shi計ji算suan機ji上shang使shi用yong諸zhu如ruLabVIEW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。

raner，duiyuxuduoqitadeyingyonglaishuo，gudinggongnengdeyingjianlinianyijingguoshi。chuantongdeshoujishengchanshangzhengnulikuaisuzhuanxiangjiyuruanjiandezhinengshouji。kehuxiwangtongguozaishebeishangyunxingderuanjianhuodegengduodekongzhi，shidetamendeshoujijubeimanzutedinggerenxuqiudegongneng。erceshishebeiyebuwaihuci。

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

LabVIEW軟ruan件jian結jie合he該gai新xin型xing射she頻pin儀yi器qi，能neng夠gou幫bang助zhu所suo有you具ju備bei射she頻pin知zhi識shi的de工gong程cheng師shi和he科ke學xue家jia成cheng功gong設she計ji出chu新xin的de特te性xing或huo提ti高gao現xian有you儀yi器qi性xing能neng。軟ruan件jian應ying當dang首shou先xian讓rang客ke戶hu在zai儀yi器qi中zhong以yi係xi統tong級ji別bie對dui軟ruan件jian進jin行xing設she計ji，以yi基ji本ben模mo塊kuai完wan成cheng圖tu形xing化hua和he編bian程cheng，來lai簡jian化hua儀yi器qi的de複fu雜za度du。接jie著zhe，軟ruan件jian應ying當dang在zai底di層ceng抽chou象xiang化hua射she頻pin儀yi器qi軟ruan件jian和he固gu件jian的de複fu雜za度du，使shi用yong戶hu快kuai速su理li解jie信xin號hao流liu，並bing且qie了le解jie在zai什shen麼me時shi候hou該gai進jin行xing怎zen樣yang的de增zeng加jia或huo修xiu改gai。這zhe能neng夠gou幫bang助zhu客ke戶hu以yi層ceng次ci化hua的de方fang式shi深shen入ru了le解jie每mei個ge抽chou象xiang處chu理li，訪fang問wen儀yi器qi中zhong的de每mei一yi個ge功gong能neng。

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CERNdedaxingqiangziduizhuangjizhongguanlishizhunyi，zaiquanqiudeyishengbangongshizhongkongzhijiguangjinxingbaineizhangshoushu，goujianweilaikezaishengnengyuandehuoquhefenbushixitong，zhexiedoushiLabVIEW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VSGgongzuoyuqianrushishepinliupanyingyongderuanjian，congergeiyuyonghuyigeqiangdadeceshiyingyongqishidian。suoyoudemobanhefanlixiangmudoushikaiyuande，bingqiebaohanlexiangguanwendang，qingchudichanmingleyingyongfangfa，yijizengjiahuoxiugaigongnengdezuijiashijianfangfa。

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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