IoT潛力巨大，將給我們的生活帶來深遠的影響。國家儀器的客戶在開發
、部署和優化物聯網核心部件（如消費類/工業產品與係統）以及將這些產品與係統連接在一起的有線和無線基礎設施方麵發揮著關鍵作用。 

 

國家儀器和賽靈思長達十多年的技術合作推出了眾多強大工具
，助力工程師和科研人員開拓創新
、重塑世界。從NI FlexRIO模塊到CompactRIO控製器，以及NI模塊上係統(SoM)和myRIO設備

，國家儀器已經在其連續數代最先進的產品上采用了賽靈思最新幾代器件。對幫助創新人員使用一體化軟硬件平台設計、構建和測試這些智能化設備，國家儀器深感自豪。

 

圖1 - 智能係統和物聯網的三大基本支柱：智能邊緣係統、多個係統中的單個係統和端到端分析。設備將變得越來越智能，並由軟件進行定義。

 

據Gartner公司提供的數據來看，2015年估計將有49億聯網設備投入使用
，到2020年將增至250億。這些聯網係統的覆蓋範圍廣

，從智能工廠的機械設備、汽車中的高級駕駛輔助係統 (ADAS)，daozhinengchengshizhongdedianwangyijiyouzhuyuyannianyishoudebaojiankechuandaishebei
，wusuobuyou。gongyewulianwangdetezhengkemiaoshuweidaliangbicitongxin，xietiaoshujufenxihexingwei
，yitishenggongyejixiao、造福整個社會的聯網工業係統。

 

通tong過guo傳chuan感gan器qi和he執zhi行xing器qi解jie決jue複fu雜za的de控kong製zhi問wen題ti，實shi現xian數shu字zi世shi界jie與yu物wu理li世shi界jie對dui接jie的de工gong業ye係xi統tong
，即ji為wei常chang說shuo的de信xin息xi物wu理li係xi統tong。這zhe些xie係xi統tong正zheng結jie合he使shi用yong大da模mo擬ni數shu據ju (Big Analog Data) 解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，並(bing)通(tong)過(guo)數(shu)據(ju)和(he)分(fen)析(xi)掌(zhang)握(wo)更(geng)深(shen)度(du)信(xin)息(xi)。試(shi)想(xiang)工(gong)業(ye)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)調(tiao)整(zheng)自(zi)己(ji)的(de)環(huan)境(jing)乃(nai)至(zhi)自(zi)己(ji)的(de)健(jian)康(kang)狀(zhuang)況(kuang)。機(ji)械(xie)設(she)備(bei)不(bu)會(hui)一(yi)直(zhi)使(shi)用(yong)到(dao)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)，而(er)是(shi)調(tiao)度(du)自(zi)己(ji)的(de)維(wei)護(hu)工(gong)作(zuo)
，甚(shen)至(zhi)是(shi)動(dong)態(tai)調(tiao)整(zheng)自(zi)己(ji)的(de)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)以(yi)彌(mi)補(bu)磨(mo)損(sun)部(bu)件(jian)，然(ran)後(hou)將(jiang)該(gai)數(shu)據(ju)通(tong)告(gao)給(gei)其(qi)他(ta)機(ji)器(qi)設(she)備(bei)和(he)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)機(ji)器(qi)設(she)備(bei)的(de)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)。

 

在此基礎上

，圖1所示的物聯網領域還可以進一步細分為三個部分：智能邊緣（傳感器/執行器）、System of Systems(SoS)，以及在滿足時延、tongbuhekekaoxingyaoqiudetongshizhichisuoyoulianjieheshujufenxideduanduiduanfenxigongneng。tongchang，zhexiezhinengchanpinyoubutongchangshangshengchan，yincisuoshiyongdeqianrushichuliqi、協議和軟件各不相同。貫穿整個設計周期直到最終部署過程的產品集成是一項關鍵挑戰實現全聯網的世界需要采用基於平台的方法。  

 

基於平台設計概念源於形式化建模技術
、明確定義的抽象層次和關注點分離，以實現有效的設計流程。所有這些因素對設計和構建IoT係統至關重要。其旨在為工程師提供合適的抽象層次，以及到其他采用不同軟件語言（或框架）hebutongyingjianxieyideyuanjianhezixitongdelianjie。zaiguoqusishinianli，guojiayiqitigonglezhongduoqiangdalinghuodejishujiejuefangan，zhuligongchengshihekeyanrenyuantishengshengchanli
、創新及開發能力。國家儀器大力投資開發一體化軟硬件平台，以幫助醫療保健、汽車
、消費類電子、粒子物理等領域的廣大客戶降低設計複雜性。

 

圖2 - NI LabVIEW的可重配置I/O(RIO) 架構基於四大組件之上：如處理器
、可重配置FPGA、模塊化I/O硬件和圖形設計軟件。

 

具體而言

，圖2所示的NI LabVIEW可重配置I/O(RIO) 架構充分發揮開放性LabVIEW軟件和商用現成 (COTS) 硬件的優勢，為設計和構建IoT係統提供通用架構。近期LabVIEW RIO再度融合賽靈思Zynq-7000 All Programmable SoC平台。這樣通過引入Linux實時操作係統(RTOS)以及采用相同芯片組創建同時覆蓋學術界和工業界的平台，將不斷促進開放性和可擴展性。將LabVIEW RIO架構與NI DIAdem和NI InsightCM等技術結合用於數據管理和數據彙聚
，客戶可以在整個產品設計周期中設計、構建和測試IoT設備，運用通用平台和架構開展預防性維護工作。

 

物聯網已經正在顯著地影響我們的生活。我們已經變得越來越依賴智能電話和平板電腦等個人設備以及雀巢的恒溫器和飛利浦的Hue燈deng泡pao等deng家jia用yong設she備bei。與yu此ci同tong時shi，使shi用yong智zhi能neng聯lian網wang傳chuan感gan器qi讓rang患huan者zhe將jiang數shu據ju傳chuan送song給gei醫yi療liao基ji礎chu設she施shi進jin行xing診zhen斷duan和he預yu後hou判pan斷duan的de醫yi療liao保bao健jian物wu聯lian網wang市shi場chang板ban塊kuai，到dao2020年市值有望達到1,170億美元。保健可穿戴產品和智能手表等設備剛剛進入市場
，研究人員正在積極開發用於居家康複乃至智能假肢的技術。 

 

在這個市場上的Cyberlegs項目是一個由意大利聖安娜高等學校生物機器人研究所的Paolo Dario教授牽頭的歐洲FP-7級(ji)項(xiang)目(mu)。該(gai)項(xiang)目(mu)的(de)目(mu)的(de)是(shi)為(wei)膝(xi)上(shang)截(jie)肢(zhi)患(huan)者(zhe)開(kai)發(fa)用(yong)於(yu)下(xia)肢(zhi)功(gong)能(neng)替(ti)換(huan)的(de)人(ren)工(gong)認(ren)知(zhi)係(xi)統(tong)。其(qi)目(mu)標(biao)是(shi)開(kai)發(fa)出(chu)一(yi)種(zhong)多(duo)自(zi)由(you)度(du)係(xi)統(tong)，能(neng)夠(gou)替(ti)換(huan)下(xia)肢(zhi)並(bing)以(yi)其(qi)他(ta)方(fang)式(shi)輔(fu)助(zhu)病(bing)患(huan)。

 

圖3 - 意大利的Cyberlegs項目已開發出一套人工識別係統
，用以替代下肢並進行康複訓練。

 

負責開發和集成Cyberlegs係統的Nicola Vitiello博士曾廣泛地使用CompactRIO開發最初的原型和驗證子係統和控製算法，以預測不同患者的準確行走步態（見圖3）。在NI SOM中利用Zynq SoC的可擴展性，可顯地縮小所需封裝尺寸和功耗。Vitiello充(chong)分(fen)利(li)用(yong)該(gai)平(ping)台(tai)的(de)自(zi)適(shi)應(ying)性(xing)，讓(rang)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)執(zhi)行(xing)器(qi)更(geng)具(ju)智(zhi)能(neng)，從(cong)而(er)為(wei)假(jia)肢(zhi)配(pei)備(bei)了(le)一(yi)個(ge)可(ke)以(yi)完(wan)全(quan)活(huo)動(dong)的(de)膝(xi)蓋(gai)。這(zhe)一(yi)發(fa)展(zhan)讓(rang)患(huan)者(zhe)活(huo)動(dong)更(geng)自(zi)如(ru)一(yi)些(xie)，比(bi)如(ru)上(shang)下(xia)樓(lou)梯(ti)和(he)上(shang)下(xia)坡(po)。

 

Gartner估計很快地球上的聯網設備的數量就會超過人類的數量。到2022年，每個家庭都會擁有超過500個聯網設備，通信基礎設施必須能夠處理其產生的35ZB數據。隨著新的智能設備不斷推向市場以及新的通信標準和協議層出不窮

，企業需要確保采用一種可擴展的框架來設計這些M2M通信解決方案，並對其進行原型設計和測試，才能在競爭中始終穩居領先地位。  

 

傳統的自動測試設備 (ATE) 經優化後，可用來測試遵循了摩爾定律的技術，而且在這方麵它做得非常好。但在過去的幾十年裏，發生了一種微妙的變化，在IC中集成越來越多的模擬技術，導致測試挑戰遠遠超出摩爾定律範疇。針對IoT的創新要求，測試工程師的任務包括對混合信號係統（同時包括來自傳感器

、RF天線等的數字和模擬信號）進行驗證，並且要在消費品數量級上確保盡可能低的價格。麵對未來的測試挑戰，傳統ATE難以應付。對於IoT的智能設備，測試工程師將需要智能ATE。ST-Ericsson就是其中的典範。

 

ST-Ericssonzaizhinengdianhuahepingbandiannaodebandaotikaifalingyukanchengyejielingxianzhe。tadekaifaheceshizhongxinbianjishijiegedi，bingqieyongyouduogetexingmiaoshushiyanshi，yongyuceshiheyanzhenggongsichanpinzhongshiyongdeRF組件和平台。這些平台通常內置多種無線電
，例如GPS、藍牙
、3G和4G等。對單個測試設備
，平台大約需要進行80萬次測量。由於ST-Ericsson開發的芯片極其複雜，這不僅要求驗證實驗室擁有能夠支持各種RFbiaozhundegaolinghuodu，erqiehaijuyouzugougaodexingnenglaiwanchengfeichangyangedeceshi。shenzhiyuzhexiexinpianshixianjiekoulianjieyexuyaoduozhongbiaozhunhedingzhishuzixieyi。chuantongdeheshiyiqi，ruRF分析儀、生成器和數字模式發生器不但體積大、成本高，而且不夠靈活。

 

ST-Ericsson的測試工程師已經用NI PXI平台更換了他們的傳統盒式儀器
，並選擇使用內置 Xilinx Virtex-5 FPGA的NI FlexRIO與各種不同數字標準進行通信，例如串行外設接口(SPI)和內部集成電路(I2C)等通信。當數字適配器模塊不可用時
，團隊可迅速進行自有開發，而無需擔心連接PC的後端以及與FPGA的通信。該公司報告稱
，總體而言，基於PXI的係統與前代解決方案相比速度快10倍，成本銳降三倍。此外，PXI平台還可提供能滿足多種數字和RF標準要求的靈活性。

 

在飛機製造領域居領先地位的空中客車(Airbus)正在發起一項旨在推廣新興技術的研究技術項目，以進一步加強空中客車公司在製造工藝（手工操作如今仍占主導地位）領域的競爭力。空中客車的“未來工廠”意味著廣泛使用基於COTS模塊、具有高度抽象層次的模塊化平台，如圖4所示。在“未來工廠(Factory of the Future)”zhong，gengzhinengdegongjushitishengxiaolvzhiguanzhongyaodezujian。zhexiezhinengshebeikeyuzhuyaodejichusheshihuozaibendiyucaozuorenyuanjinxingtongxin，danjinzaixuyaodeshihoutigongzhuangtaiganzhi，binggenjuwangluozhongdebendihefenbushizhinengzhidingshishijuece。

 

圖4 - “未來工廠”將要求具備分布式聯網處理能力和I/O功能，以便為製造中需要使用的工具和設備增添智能化的功能。

 

在zai生sheng產chan設she備bei中zhong，智zhi能neng工gong具ju能neng夠gou通tong過guo避bi免mian使shi用yong物wu理li數shu據ju日ri誌zhi和he手shou冊ce，幫bang助zhu簡jian化hua生sheng產chan流liu程cheng，提ti高gao效xiao率lv。操cao作zuo人ren員yuan必bi須xu集ji中zhong精jing力li執zhi行xing自zi己ji的de作zuo業ye任ren務wu，在zai這zhe個ge過guo程cheng中zhong他ta們men需xu要yao騰teng出chu手shou來lai使shi用yong合he適shi的de工gong具ju。大da多duo數shu空kong中zhong客ke車che之zhi前qian的de無wu紙zhi化hua項xiang目mu措cuo施shi旨zhi在zai限xian製zhi紙zhi張zhang使shi用yong，或huo是shi用yong平ping板ban電dian腦nao取qu代dai紙zhi張zhang。但dan他ta們men仍reng然ran在zai使shi用yong被bei動dong的de“死”數據。

 

智能工具提供了一種替代方案，即情景數據。這種數據的生成和使用是連續不斷的，換言之就是活的數據。空中客車測試了基於Zynq SoC的NI SOM，作為所有這些智能工具的基礎平台。使用NI SOM能加快從設計到原型設計再到部署的開發流程。在基於NI SOM上開發之前
，空中客車曾圍繞基於Zynq SoC的CompactRIO控製器 (NI cRIO-9068) 進行了原型設計，使他們能夠集成來自現有空中客車數據庫和開源算法的IP，從而對概念進行迅速驗證。由於能靈活地使用圖形化和文本編程

，加上可將第三方開發成果移植到 Xilinx Zynq SoC和NI Linux RTOS上進行重用
，NI SOM為開發這些工具提供了完美的抽象層次。空中客車工程師現在能將他們在NI SOM上開發的代碼作為已部署的解決方案進行重用，而不必重新開始整個設計流程。

 

空中客車評估了數種SOM和嵌入式單板計算機(SBC)


，發現沒有能匹敵國家儀器的基於平台設計方法和軟硬件集成方法。 空中客車工程師估計，在國家儀器係統設計方法帶來的生產力的幫助下，尤其是在NI Linux Real-Time和LabVIEW FPGA模塊的幫助下，交付NI SOM所需時間僅為使用其他方法的十分之一。由於NI SOM提供了軟件，因而空中客車能夠更專注於係統主要特性的開發，如FPGA上的圖像處理。

 

另一項重要的工業IoT應用是可再生能源。隨著化石燃料發電廠停運，可再生能源的需求迅猛增長。電網運營商發現傳統的測量係統覆蓋範圍有限,無法有效處理這些新挑戰或管理他們麵臨的新風險。為英國近2,000萬人口供電的輸電係統運營商“英國國家電網公司”正在部署一種先進的可升級電網測量係統
，為英國電網的運行狀況提供更高質量的運營數據。

 

圖5 - 采用麵向智能設備且具備開放式、可擴展方法的智能電網架構可幫助電網工程師迅速響應日新月異的測量和控製需求。

 

與yu眾zhong多duo能neng源yuan提ti供gong商shang一yi樣yang，英ying國guo國guo家jia電dian網wang公gong司si麵mian臨lin的de挑tiao戰zhan來lai自zi於yu瞬shun息xi萬wan變bian的de電dian網wang。因yin此ci公gong司si正zheng專zhuan注zhu於yu開kai發fa靈ling活huo的de解jie決jue方fang案an

，以yi便bian能neng夠gou根gen據ju電dian網wang測ce量liang的de需xu要yao和he可ke用yong數shu據ju量liang的de演yan變bian采cai用yong最zui新xin軟ruan件jian進jin行xing升sheng級ji（見圖5）。conggegedianwangquyucaijikekaodeshishishuju，duijinzaofaxianwenti，bimiangongdianzhongduanzhiguanzhongyao。weibaochidianwangyizhidiyunxing，yunyingshangbixunengconggeleiceliangzhongcaijishuju
，bingxunsucongzhexieshujuzhonghuodeshenduxinxi
，yiyongyujiankongdianwangdezongtijiankangzhuangkuang。 軟件設計係統可提供定製化測量解決方案


，在將來出現新電網現代化挑戰時可進行升級。

 

為應對這些挑戰，英國國家電網采用的平台構建在基於Zynq SoC的CompactRIO係統上。不僅能提供更豐富的測量
，同時還能適應電網未來數代的演進發展需要。這個互聯互通的網絡包括136套係統，其中的110套被永久性地安裝在遍布英格蘭和威爾士的變電站中，另外的26套便攜式單元用於根據需要相應提供移動地點覆蓋。完全相同的軟件應用可同時運行在兩個版本中，從而能最大限度地減少對係統集成、培(pei)訓(xun)和(he)技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)的(de)影(ying)響(xiang)。英(ying)國(guo)國(guo)家(jia)電(dian)網(wang)公(gong)司(si)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)采(cai)用(yong)靈(ling)活(huo)的(de)開(kai)放(fang)式(shi)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)儀(yi)器(qi)，能(neng)夠(gou)定(ding)製(zhi)用(yong)於(yu)電(dian)網(wang)運(yun)營(ying)的(de)信(xin)息(xi)，並(bing)根(gen)據(ju)需(xu)求(qiu)變(bian)化(hua)輕(qing)鬆(song)進(jin)行(xing)升(sheng)級(ji)。這(zhe)一(yi)方(fang)法(fa)在(zai)減(jian)少(shao)所(suo)需(xu)設(she)備(bei)數(shu)量(liang)的(de)同(tong)時(shi)，還(hai)能(neng)改(gai)善(shan)電(dian)網(wang)監(jian)測(ce)質(zhi)量(liang)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。此(ci)外(wai)利(li)用(yong)CompactRIO提ti供gong的de先xian進jin處chu理li功gong能neng
，英ying國guo國guo家jia電dian網wang公gong司si能neng輕qing鬆song地di維wei護hu自zi己ji的de聯lian網wang係xi統tong網wang絡luo，讓rang智zhi能neng深shen入ru電dian網wang，把ba海hai量liang原yuan始shi數shu據ju轉zhuan化hua成cheng有you用yong信xin息xi，讓rang英ying國guo的de大da小xiao企qi業ye和he千qian家jia萬wan戶hu燈deng火huo通tong明ming。

 

更智能聯網世界的構思是讓有傳感器和本地處理能力的係統彼此互連，共享信息。這一構思正在每個行業生根發芽。這些IIoT係xi統tong將jiang在zai全quan球qiu範fan圍wei內nei與yu用yong戶hu相xiang連lian乃nai至zhi彼bi此ci互hu連lian，幫bang助zhu用yong戶hu做zuo出chu更geng加jia明ming智zhi的de決jue策ce。開kai發fa和he部bu署shu這zhe些xie係xi統tong將jiang需xu要yao在zai未wei來lai數shu十shi年nian裏li進jin行xing大da量liang投tou資zi。滿man足zu今jin天tian和he未wei來lai需xu求qiu的de唯wei一yi途tu徑jing就jiu是shi部bu署shu足zu夠gou靈ling活huo的de網wang絡luo係xi統tong
，能neng通tong過guo基ji於yu平ping台tai的de方fang法fa實shi現xian演yan進jin發fa展zhan和he滿man足zu適shi應ying性xing需xu求qiu。在zai眾zhong多duo應ying用yong中zhong部bu署shu Xilinx Zynq SoC等(deng)高(gao)度(du)靈(ling)活(huo)的(de)統(tong)一(yi)硬(ying)件(jian)架(jia)構(gou)，不(bu)僅(jin)可(ke)顯(xian)著(zhu)簡(jian)化(hua)硬(ying)件(jian)，而(er)且(qie)還(hai)能(neng)讓(rang)每(mei)個(ge)新(xin)的(de)問(wen)題(ti)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)解(jie)決(jue)。同(tong)樣(yang)的(de)原(yuan)則(ze)必(bi)須(xu)應(ying)用(yong)於(yu)軟(ruan)件(jian)工(gong)具(ju)
，以(yi)形(xing)成(cheng)強(qiang)大(da)的(de)軟(ruan)硬(ying)件(jian)平(ping)台(tai)，從(cong)而(er)開(kai)發(fa)出(chu)統(tong)一(yi)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。基(ji)於(yu)平(ping)台(tai)的(de)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)不(bu)以(yi)軟(ruan)件(jian)或(huo)硬(ying)件(jian)為(wei)重(zhong)點(dian)，而(er)是(shi)以(yi)重(zhong)本(ben)身(shen)所(suo)包(bao)含(han)的(de)創(chuang)新(xin)為(wei)重(zhong)點(dian)。

 

對於每一個人來說，現行的IIoT設計在業務與技術方麵都是一個巨大的商機。全球各地的組織機構都在為定義IIoT不懈努力，同時他們也在積極搜集用例，以便能更全麵地理解如何才能最高效地實現更多的創新。雖然工程師和科技人員已經在IIoT的de領ling先xian地di帶dai實shi施shi係xi統tong，但dan他ta們men仍reng麵mian臨lin大da量liang的de未wei知zhi領ling域yu，還hai有you大da量liang工gong作zuo在zai前qian麵mian等deng著zhe他ta們men。工gong程cheng師shi和he科ke技ji人ren員yuan必bi須xu開kai始shi集ji中zhong采cai用yong基ji於yu平ping台tai的de方fang法fa，通tong過guo參can與yu這zhe些xie可ke定ding義yi未wei來lai的de工gong作zuo的de機ji構gou而er成cheng為weiIIoT規範製定的一份子，從而確保業務的重心是創新，而不僅僅是集成。