LabVIEW与myRIO嵌入式开发入门指南
在高校实验室、学生创新项目乃至小型工业原型系统中，你是否曾遇到这样的问题：想要快速搭建一个具备实时控制能力的嵌入式系统，却卡在复杂的底层驱动配置和多线程调度上？NI推出的myRIO平台正是为解决这类痛点而生——它将高性能处理器与可编程逻辑融合于一块紧凑板卡之上，配合LabVIEW图形化开发环境，让开发者无需深陷代码泥潭，也能高效实现从传感器采集到执行器控制的完整闭环。
本文将以NI myRIO-1900为例，带你一步步完成从零开始的嵌入式开发实践。无论你是自动化专业的本科生，还是希望快速验证控制算法的工程师，都能通过这套软硬协同的设计思路，在几小时内部署出第一个独立运行的应用程序。
开发环境准备：不只是装软件那么简单
要让myRIO真正“活”起来，第一步是构建一套兼容性强、功能完整的开发环境。这不仅仅是安装几个软件包那么简单，更是一次对目标硬件生态的理解过程。
核心工具链部署
必须安装的组件包括：
- LabVIEW 2019或更高版本：推荐使用2021及以上版本以获得更好的FPGA编译性能；
- NI-RIO驱动程序：这是PC与myRIO通信的桥梁，缺失则无法识别设备；
- LabVIEW Real-Time模块：赋予myRIO运行实时操作系统的资格，确保任务响应的确定性；
- myRIO专用模块（LabVIEW myRIO Module）：提供针对板载资源的Express VI库，大幅降低I/O编程门槛。
📌 实践建议：若使用校园版许可证，请提前确认授权范围是否包含Real-Time和FPGA模块。某些教育许可会限制这些高级功能。
除了基础套件，根据项目需求还可选择性添加：
- 控制设计与仿真模块（Control Design and Simulation Module），适合做PID调参或状态观测器设计；
- FPGA模块，用于深度定制Zynq中的可编程逻辑部分；
- Vision Development Module，搭配USB摄像头即可实现简易机器视觉应用。
所有组件均可通过NI官网下载，并由NI License Manager统一管理激活状态。
硬件初识：myRIO-1900的能力边界在哪里？
了解一块开发板，不能只看参数表，更要理解其工程适用场景。以myRIO-1900为例，它的核心是一颗Xilinx Zynq-7010 SoC，集成了双核ARM Cortex-A9处理器与Artix-7级别的FPGA逻辑单元。这种架构意味着你可以同时拥有操作系统级的任务调度能力和纳秒级响应的硬件逻辑。
以下是关键资源概览：
| 功能模块 | 技术细节 |
|---|---|
| 处理器 | 双核 ARM Cortex-A9 @ 667 MHz，运行NI Linux Real-Time OS |
| FPGA | Xilinx Zynq-7010 PL端，支持用户自定义数字逻辑 |
| 模拟输入 | 8通道单端（0–5V）、2通道差分（±10V） |
| 模拟输出 | 4通道AO（0–5V） |
| 数字I/O | 共40条通用引脚，支持SPI/I²C/UART/PWM/编码器等多种协议 |
| 板载传感器 | 三轴加速度计（±2g量程） |
| 用户接口 | 4个LED、1个按键、立体声输入/输出接口 |
| 网络连接 | 内置Wi-Fi（AP/Station模式切换） |
| 扩展能力 | MXP/MSP接头，兼容C系列I/O模块 |
供电方面，建议使用原厂12V直流适配器。虽然可通过Micro-B USB取电，但在驱动多个外设时容易因电流不足导致复位异常。
首次连接：别跳过初始化向导
新手常犯的一个错误就是跳过Getting Started Wizard直接进LabVIEW。实际上，这个向导不仅能自动检测设备状态，还能智能匹配主机与目标端的软件版本。
连接流程如下：
- 使用Micro-B USB线将myRIO接入PC，接通电源；
- 若为首次连接，系统通常会弹出“Getting Started Wizard”；
- 向导会列出已发现的myRIO设备及其IP地址；
- 如果提示“Software on this target does not match your host”，务必选择Reinstall software on the target；
- 固件重装后设备自动重启，再次打开向导时，“Go to LabVIEW”按钮变为可用。
此外，也可通过NI MAX（Measurement & Automation Explorer）手动管理设备：
- 打开NI MAX → 左侧导航栏选择“远程系统”；
- 展开“NI-myRIO-xxxx”节点，查看设备信息、网络配置及已安装软件；
- 右键“软件”项可增删模块，清理无用部署内容。
这一过程看似繁琐，实则是避免后续“程序能编译但无法部署”问题的关键前置步骤。
第一个项目：不只是跑通示例那么简单
当软硬件都就绪后，真正的开发才算开始。我们不妨从最经典的三轴加速度计读取案例入手，看看如何利用LabVIEW的抽象能力快速构建可运行系统。
创建工程：模板的力量
打开LabVIEW，点击Create New Project→ 选择模板路径Templates > Embedded > myRIO > myRIO Project Template。
设置项目名称和保存路径后，在“Target Selection”中指定已连接的myRIO设备（如NI-myRIO-1900），点击Finish完成创建。
此时生成的标准项目结构包含两个主要部分：
- My Computer：存放运行于主机的VI，常用于调试监控；
- NI-myRIO-1900：实际部署到目标设备上的程序主体。
默认生成的Main.vi即为主程序入口，位于目标设备下。
示例解析：加速度数据是如何被获取的？
Main.vi是一个典型的While循环结构，每50ms读取一次板载加速度计的数据并在前面板显示XYZ三个方向的g值。
前面板功能
- 实时显示X/Y/Z轴加速度（单位：g）；
- 提供“停止”按钮用于安全退出循环；
- 数据刷新频率约20Hz（即周期50ms）。
程序框图逻辑
While Loop │ ├─ Accelerometer Express VI → 输出XYZ加速度 │ 参数配置：采样率=50Hz，量程=±2g │ ├─ 数值显示控件 ← 接收并展示数据 │ └─ 停止按钮 ← 控制循环终止条件🔍 小技巧：双击该Express VI可进入其内部实现，你会发现底层其实是基于DAQmx的任务配置模型。这意味着你可以进一步修改采样缓冲区大小、触发方式等高级参数。
运行时，点击白色箭头按钮，LabVIEW会自动将VI部署至myRIO并建立通信链路。移动设备观察数值变化——例如水平放置时Z轴接近1g，翻转后应趋近-1g，说明传感器工作正常。
但请注意：这种方式依赖PC与myRIO之间的持续网络连接，仅适用于调试阶段。正式部署应移除图形界面元素，减少内存占用与渲染开销。
快速开发利器：myRIO专属Express VI库
为了让非计算机背景的学生也能轻松操控硬件，LabVIEW提供了大量图形化配置的Express VI，位于函数面板路径：
Functions > All Functions > NI myRIO
常用组件如下：
| VI名称 | 用途说明 |
|---|---|
| Analog Input | 单或多通道模拟量采集（电压信号） |
| Analog Output | 模拟输出控制（如驱动舵机） |
| Digital I/O | 通用数字引脚读写 |
| PWM Output | 生成脉宽调制波，常用于电机调速 |
| Encoder Input | 正交编码器位置测量 |
| I²C / SPI / UART | 支持标准串行通信协议 |
| Button / LED | 按键检测与LED状态控制 |
这些VI支持拖拽式配置，无需编写底层寄存器操作代码，极大提升了原型迭代效率。比如只需设置引脚编号和占空比，即可让某个DIO口输出PWM波驱动风扇转速。
实现脱机运行：让myRIO真正“独立”
在现场应用场景中，myRIO往往需要脱离PC长期运行。这就要求我们将应用程序打包为实时应用（Real-Time Application）并设置为开机自启。
构建规范创建
- 在项目浏览器中右键点击NI-myRIO-1900节点；
- 选择Build Specifications > New > Real-Time Application；
- 进入构建向导界面。
关键配置项详解
Information 标签页
设置应用名称（如MyFirstApp），勾选“Include debug information”以便后期排查崩溃日志。Source Files 标签页
将Main.vi拖入“Startup VIs”区域，作为上电后首个执行的VI；其余子VI保持“Always Included”即可。Settings 标签页
目标路径默认为/c/ni-rt/startup/，不建议更改；
可配置失败重启策略，增强系统鲁棒性。
编译与部署
- 点击Build开始编译，耗时约2–5分钟；
- 成功后生成
.lvrtexe文件（如 MyFirstApp.lvrtexe）； - 右键该文件 →Set as Startup Application设为主启动项；
- 继续右键 →Deploy，上传至myRIO存储空间。
自启动验证
- 断开PC连接，关闭电源；
- 重新上电；
- 观察LED闪烁模式或串口输出（如有调试串口），确认程序自动运行；
- 若配置了Wi-Fi热点模式，可用手机连接设备热点并通过浏览器访问其服务端口。
✅ 成功标志：无需任何外部干预，myRIO每次上电均能恢复预设功能。
向更高阶迈进：超越基础I/O控制
随着项目复杂度提升，你可以逐步探索以下进阶方向：
利用FPGA实现高速并行处理
Zynq的FPGA部分不受操作系统调度影响，非常适合处理高频率、低延迟的任务。例如：
- 生成超过100kHz的PWM波形；
- 多轴编码器同步采集；
- 构建专用协处理器处理特定通信协议。
💡 实践建议：对于时间敏感型任务（如电机换相控制），优先考虑FPGA实现。典型延迟可控制在微秒甚至纳秒级，远优于RTOS下的定时器中断。
构建无线监控终端
启用myRIO的Wi-Fi功能，将其转变为无线数据采集节点：
- 配置为AP模式，供手机直连查看传感器数据；
- 或接入局域网，通过TCP/UDP协议将温湿度、振动等信息发送至服务器；
- 结合Node-RED + Dashboard搭建轻量级Web可视化界面。
融合边缘智能：myRIO作“感知前端”
尽管myRIO本身算力有限，难以直接运行大模型，但它完全可以作为AI系统的“感官延伸”。结合外部推理服务（如TTS语音合成模型），可构建“感知-决策-发声”的闭环系统。
例如文中提到的 #VoxCPM-1.5-TTS-WEB-UI 镜像：
🔊优势特点：
- 输出采样率达44.1kHz，语音自然度显著提升；
- 标记率优化至6.25Hz，兼顾性能与质量。
快速部署流程：
- 在云平台或本地边缘盒子部署该AI镜像；
- 登录Jupyter环境，进入
/root目录执行启动脚本：bash ./一键启动.sh - 浏览器访问端口
6006进行语音合成：http://<your-instance-ip>:6006
myRIO则负责采集环境数据（如温度超标），通过HTTP请求触发TTS播报：
“警告！实验室温度过高！”
或者机器人避障成功后反馈：
“前方障碍物已避开。”
这种“小设备+大模型”的协同架构，既发挥了myRIO在实时控制与传感方面的优势，又借助云端或边缘计算实现了智能化升级。
结语：为什么myRIO仍是教学与原型开发的理想之选？
回顾整个开发流程，从环境搭建、程序编写到脱机运行，NI myRIO展现出极强的易用性与扩展性。它不像传统嵌入式开发那样要求掌握Makefile、交叉编译、设备树等复杂知识，也不像纯FPGA方案需要精通Verilog/VHDL语言。
相反，它通过LabVIEW的图形化抽象，把复杂的软硬件交互封装成一个个可拖拽的模块，使得即使是初学者也能在短时间内完成从想法到可运行系统的转化。
更重要的是，它的设计理念并未停留在“教学玩具”层面。Zynq架构带来的异构计算能力、丰富的I/O接口、支持Wi-Fi联网等特点，让它足以胜任许多真实工程场景中的原型验证任务。
未来，随着边缘计算与AI技术的发展，myRIO的角色也将不断演化——不再是孤立的控制器，而是整个智能系统中的感知终端+执行单元，在智慧教育、工业物联网等领域持续释放价值。
