Xilinx：FPGA和SoC顛覆傳統(tǒng)控制

　　FPGA的特點(diǎn)是擅長做信號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、四軸方案有時會看到x86、DSP和FPGA方案并存。

　　圖1 機(jī)器人的智能控制示意圖

　　中國現(xiàn)在四軸方案多一些，但是未來會向中高端去做。因為現(xiàn)在中國的電子元器件加工，食品飲料生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線還主要靠采購國外設(shè)備，未來會逐漸國產(chǎn)化。

　　“針對工廠自動化設(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，“好處是可以把電機(jī)控制和工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合起來，即用戶可以通過工業(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)來控制(圖1)。”對此，Xilinx有相應(yīng)的參考設(shè)計，比如有Zynq開發(fā)板，上面可帶4個步進(jìn)電機(jī)/BLDC(無刷電機(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)行硬件實現(xiàn)。這樣的優(yōu)勢是性能會大大提高，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個馬達(dá)的實時控制。

　　機(jī)器視覺助力精確

　　為了執(zhí)行器的路線走得準(zhǔn)確，還需要機(jī)器視覺來判斷物體的位置和大小。傳統(tǒng)的做法是前端會用一個攝像頭，采集的圖像會通過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?，F(xiàn)在，新的趨勢是把智能移向前端，即把越來越多的圖像采集、處理、實時分析做到攝像頭端，為此，Xilinx專門推出了基于Zynq的開發(fā)套件——Smart Vision Dev Kit。

　　PLC革命

　　PLC可以理解成主站。過去PLC可能在工業(yè)電腦上，工業(yè)電腦運(yùn)行PLC的功能?，F(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)動控制功能，這時，F(xiàn)PGA和Zynq也是非常好的選擇。因為今天的PLC上會集成工業(yè)實時以太網(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沒有針對具體的應(yīng)用進(jìn)行專門的設(shè)計(例如多軸的運(yùn)動控制)，用FPGA做并行的處理、硬件加速更合適。另外，x86上可能會帶有一些標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)口，但是這些并不一定是實時的工業(yè)以太網(wǎng)(因為實時的工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議跟一般的以太網(wǎng)不同，需要做一些專門的定制和修改。)。因此借助FPGA和Zynq的靈活性和性能，可以實現(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單芯片的解決方案里。