Xilinx：FPGA和SoC顛覆傳統(tǒng)控制

　　FPGA的特點(diǎn)是擅長(zhǎng)做信號(hào)的并行處理和硬件加速。Xilinx亞太區(qū)Zynq業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理羅霖認(rèn)為，在電機(jī)方面，由于現(xiàn)在中高端的機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等會(huì)用到六軸及以上的電機(jī)，這方面基本是FPGA一統(tǒng)天下。而三軸、四軸方案有時(shí)會(huì)看到x86、DSP和FPGA方案并存。

　　圖1 機(jī)器人的智能控制示意圖

　　中國(guó)現(xiàn)在四軸方案多一些，但是未來(lái)會(huì)向中高端去做。因?yàn)楝F(xiàn)在中國(guó)的電子元器件加工，食品飲料生產(chǎn)線、汽車(chē)生產(chǎn)線還主要靠采購(gòu)國(guó)外設(shè)備，未來(lái)會(huì)逐漸國(guó)產(chǎn)化。

　　“針對(duì)工廠自動(dòng)化設(shè)備、高端數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等方面，Xilinx主推基于Zynq處理器的解決方案，” Xilinx亞太區(qū)Zynq業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理羅霖說(shuō)，“好處是可以把電機(jī)控制和工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，即用戶可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)(例如EtherCAT, Profinet, Powerlink等)把電機(jī)作為伺服從機(jī)，工業(yè)電腦是主機(jī)來(lái)控制(圖1)?！睂?duì)此，Xilinx有相應(yīng)的參考設(shè)計(jì)，比如有Zynq開(kāi)發(fā)板，上面可帶4個(gè)步進(jìn)電機(jī)/BLDC(無(wú)刷電機(jī))，并提供相應(yīng)的算法，例如FOC(矢量控制)算法，另外，電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)等都可以在FPGA上進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)。這樣的優(yōu)勢(shì)是性能會(huì)大大提高，像電流環(huán)控制只需要1.6μs，速度環(huán)3.2μs，位置環(huán)6.4μs，即用戶可以在6.4μs內(nèi)就能完成4個(gè)馬達(dá)的實(shí)時(shí)控制。

　　機(jī)器視覺(jué)助力精確

　　為了執(zhí)行器的路線走得準(zhǔn)確，還需要機(jī)器視覺(jué)來(lái)判斷物體的位置和大小。傳統(tǒng)的做法是前端會(huì)用一個(gè)攝像頭，采集的圖像會(huì)通過(guò)視頻采集卡傳到工業(yè)電腦上，比如可以用x86的處理器做后面的圖像處理和分析，即把智能放到后端去了。現(xiàn)在，新的趨勢(shì)是把智能移向前端，即把越來(lái)越多的圖像采集、處理、實(shí)時(shí)分析做到攝像頭端，為此，Xilinx專門(mén)推出了基于Zynq的開(kāi)發(fā)套件——Smart Vision Dev Kit。

　　PLC革命

　　PLC可以理解成主站。過(guò)去PLC可能在工業(yè)電腦上，工業(yè)電腦運(yùn)行PLC的功能。現(xiàn)在出現(xiàn)了嵌入式PLC，例如有一些ARM處理器做的PLC。而且一些較高端的PLC希望集成更多的功能，諸如HMI(人機(jī)界面)和一些運(yùn)動(dòng)控制功能，這時(shí)，F(xiàn)PGA和Zynq也是非常好的選擇。因?yàn)榻裉斓腜LC上會(huì)集成工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，可以利用FPGA的硬件加速或者Zynq去運(yùn)行一些協(xié)議棧。相比x86通用處理器，由于x86沒(méi)有針對(duì)具體的應(yīng)用進(jìn)行專門(mén)的設(shè)計(jì)(例如多軸的運(yùn)動(dòng)控制)，用FPGA做并行的處理、硬件加速更合適。另外，x86上可能會(huì)帶有一些標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)口，但是這些并不一定是實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)(因?yàn)閷?shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議跟一般的以太網(wǎng)不同，需要做一些專門(mén)的定制和修改。)。因此借助FPGA和Zynq的靈活性和性能，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)界主流的所有工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，還可以把網(wǎng)絡(luò)和處理這兩部分整合在一個(gè)單芯片的解決方案里。