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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(dòng)。今年的NIDays活動(dòng)的主題是“圖形有邊，系統(tǒng)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(tǒng)們，走起。把句子寫全了，它的意思便是：所有的信息物理系統(tǒng)，在NI的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)上起飛吧。 要完全理解這句話的含義，我們需要仔細(xì)審視其中提到的三個(gè)概念：信息物理系統(tǒng)、平臺(tái)和圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 信息物理系統(tǒng) 要了解NI的規(guī)劃有多么宏大，首先我們要了解什么是信息物理系統(tǒng)。NI東亞地區(qū)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(gè)可編程的世界，這個(gè)世界中充滿了傳感、網(wǎng)絡(luò)和連接，這在學(xué)術(shù)界稱作信息物理系統(tǒng)。 信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System – CPS）的概念源于美國。從2006年末開始，美國國家科學(xué)基金會(huì)和其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)便贊助了一些CPS的研討會(huì)。2007年7月，美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會(huì)將CPS列為將來的關(guān)鍵信息技術(shù)之首。至今，CPS的概念逐漸清晰。 CPS是集計(jì)算、通信與控制于一體的下一代智能系統(tǒng)，它包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程。有學(xué)者認(rèn)為，CPS還應(yīng)具備遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能。 工信部《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中稱，物聯(lián)網(wǎng)是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。而信息物理系統(tǒng)超越了物聯(lián)網(wǎng)的范疇，其影響更深遠(yuǎn)、挑戰(zhàn)更艱巨。 
圖1：計(jì)算、通信和控制在信息物理系統(tǒng)中同等重要 我們現(xiàn)在已經(jīng)看到了一些初級(jí)的CPS，如物聯(lián)網(wǎng)概念中的智能建筑、能源領(lǐng)域的智能電網(wǎng)、交通領(lǐng)域的智能高鐵網(wǎng)絡(luò)。NI東亞區(qū)市場總監(jiān)朱君女士說，CPS的出現(xiàn)對中國來說是一個(gè)好機(jī)會(huì)；中國可以借助它在一些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跳躍式的發(fā)展，而不必完全重復(fù)西方的工業(yè)化歷程。比如中國大規(guī)模的高鐵建設(shè)中，CPS可以讓國產(chǎn)高鐵與以往的高鐵相比實(shí)現(xiàn)一個(gè)質(zhì)的飛躍。 盡管CPS前景無限，但開發(fā)CPS并非易事。這些挑戰(zhàn)很大程度上來自控制與計(jì)算之間的差異和差距。在CPS中，通信、計(jì)算和控制三個(gè)要素同等重要。自信息技術(shù)革命以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)獲得了長足發(fā)展，相比之下，實(shí)時(shí)、分布式的智能控制技術(shù)對于很多IT業(yè)者來說卻比較陌生。感知和控制是信息物理系統(tǒng)中的重要組成部分和開發(fā)難點(diǎn)。 平臺(tái)的重要性 平臺(tái)是個(gè)通用的概念。任何事物都需要平臺(tái)的支撐。萬丈高樓平地起，堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)是不可或缺的。艦載機(jī)是攻擊的利器，但需要航母作為起飛的平臺(tái)。平臺(tái)的作用就是支撐上層應(yīng)用，使它們得以更容易地實(shí)現(xiàn)。 在PC計(jì)算領(lǐng)域，Windows操作系統(tǒng)+Intel x86處理器是主流平臺(tái)。在移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域，Android操作系統(tǒng)+ARM處理器是一個(gè)重要的開放平臺(tái)。無數(shù)的應(yīng)用在這些平臺(tái)的基礎(chǔ)上得以開發(fā)。平臺(tái)為開發(fā)人員節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。 在通信領(lǐng)域，HTTP/HTML+計(jì)算機(jī)（筆記本、臺(tái)式電腦、服務(wù)器、嵌入式電腦）是基礎(chǔ)平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，我們實(shí)現(xiàn)了新聞、銀行、視頻、音樂、購物等各種便利的服務(wù)。 在信息物理系統(tǒng)領(lǐng)域，我們同樣也需要一個(gè)平臺(tái)，讓它來作為我們開發(fā)、創(chuàng)新工作的起點(diǎn)。為此，NI提供了一個(gè)圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，其具體組成是LabVIEW軟件+模塊化硬件。 LabVIEW + RIO架構(gòu) 數(shù)十年來，NI一直致力于LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的完善，不斷增加對新技術(shù)的支持。今年最新發(fā)布的LabVIEW 2013又增加了一些新特性，包括代碼管理、工具包網(wǎng)絡(luò)、部署技術(shù)的增強(qiáng)、移動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及一些新的資源等。這個(gè)逐漸完善的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具是NI開發(fā)平臺(tái)的主體。
圖2：NI LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的演進(jìn) 在硬件上，NI也在不斷融合最新技術(shù)，如總線技術(shù)、處理器技術(shù)、FPGA技術(shù)和轉(zhuǎn)換器技術(shù)，通過與Intel、Xilinx以及Analog Devices等領(lǐng)先的技術(shù)供應(yīng)商合作,提供靈活、開放而且可自定義的高性能嵌入式系統(tǒng)。特別是RIO（可重配置I/O）模塊，它與LabVIEW組成了圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)的骨干。
圖3：NI LabVIEW+RIO架構(gòu)組成了系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件平臺(tái) LabVIEW + RIO架構(gòu)結(jié)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(fā)布了一系列基于LabVIEW + RIO架構(gòu)的新產(chǎn)品，其中的重磅產(chǎn)品是cRIO-9068軟件定制的控制器。該產(chǎn)品采用了基于ARM架構(gòu)的全新 Xilinx完全可編程SoC片上系統(tǒng) - Zynq。NI cRIO-9068圍繞Zynq進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，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(tǒng)，并能夠通過C語言文本編程來對NI CompactRIO進(jìn)行開發(fā)和部署。
圖4：NI RIO模塊中FPGA技術(shù)的演進(jìn) NI東亞區(qū)市場經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)品性能提升了4倍。尤其是，它強(qiáng)化了軟件的開放性、定制性，使C和C++編程人員可以為系統(tǒng)加入定制功能。NI針對Zynq重寫了cRIO-9068的驅(qū)動(dòng)程序，增加了對eclipse編譯器的支持�；贜I Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，cRIO-9068強(qiáng)化了對嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，而實(shí)時(shí)控制正是下一代信息物理系統(tǒng)與常規(guī)信息系統(tǒng)的重要差別，也是信息物理系統(tǒng)的開發(fā)難點(diǎn)。 結(jié)語 信息物理系統(tǒng)，或者編程世界，或廣義物聯(lián)網(wǎng)，或其他別的稱謂，總之我們正在向一個(gè)更智能的世界邁進(jìn)。正如IT行業(yè)得益于統(tǒng)一的平臺(tái)那樣，一個(gè)好的平臺(tái)會(huì)簡化、加速下一代信息物理系統(tǒng)的研發(fā)。從用戶的角度來看，平臺(tái)是好的；有了一個(gè)現(xiàn)成的、堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)，他們就不必從底層做起，因而節(jié)省大量的時(shí)間和費(fèi)用。從供應(yīng)商的角度看，如果一家廠商提供的平臺(tái)能夠成為通用的平臺(tái)，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(hào)。鑒于NI數(shù)十年矢志LabVIEW研發(fā)完善之精神，其成為下一代主流平臺(tái)也是情理所至。 |
