Altera Cyclone V SoC FPGA：深耕工業(yè)應用

　　隨著(zhù)應用環(huán)境的復雜度提升，在工業(yè)垂直細分領(lǐng)域，新技術(shù)的引入以及對人身安全有更高標準，使得設備廠(chǎng)商對制造商在產(chǎn)品定制化、面市周期以及總體成本方面提出更高需求，這些因素推動(dòng)制造商提供更高性能、更突顯功能安全以及更具成本優(yōu)勢的方案。因應這些復雜需求，FPGA方案開(kāi)始逐漸進(jìn)入傳統MCU和DSP占主要份額的領(lǐng)域。

　　Altera亞太區工業(yè)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理江允貴介紹：“現在的制造商面臨諸多挑戰，需要專(zhuān)業(yè)應用軟件和IP及靈活、成熟可靠的解決方案來(lái)幫助他們提升市場(chǎng)競爭力。與其它方案相比，FPGA能提供高性能和軟硬件可編程能力，配置非常靈活。因此，為深耕工業(yè)應用，Altera推出電機控制、以太網(wǎng) IP以及功能安全三大組合方案。”

　　Altera亞太區工業(yè)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理江允貴

　　基于A(yíng)ltera FPGA開(kāi)發(fā)平臺的電機控制參考設計

　　工業(yè)電機是這些需求的關(guān)鍵推動(dòng)力量，每年工業(yè)領(lǐng)域64%的電能消耗來(lái)自于電機，優(yōu)秀的電機驅動(dòng)方案能幫助節省40%的能耗。

　　結合Altera的應用實(shí)例，江允貴認為目前FPGA適合應用于交流永磁電機控制，“因為交流永磁電機目前應用廣泛，采用三相交流，控制難度相對較大，電機控制的關(guān)鍵環(huán)節是電流環(huán)的控制，如果廠(chǎng)商在電流采集環(huán)節需要精進(jìn)，傳統方法已經(jīng)很難辦到，必須借助FPGA，因此FPGA在這方面優(yōu)勢明顯，另外，在直流電機市場(chǎng)，其控制相對簡(jiǎn)單，功耗低，傳統方案已經(jīng)成熟，FPGA在直流領(lǐng)域則優(yōu)勢不明顯。”

　　Altera推出的電機控制平臺采用Cyclone V SoC FPGA的硬件處理器子系統(HPS)，嵌入雙核ARM Cortex-A9 MPCore處理器，江允貴表示：“該平臺充分發(fā)揮了Altera Cyclone IV和Cyclone V FPGA中數字信號處理(DSP)硬件和軟核嵌入式CPU的功能，可靈活的對硬件和軟件進(jìn)行最佳功能劃分，幫助設計人員滿(mǎn)足其特殊的最終應用性能需求。”

　　此平臺采用單芯片方案，在FPGA中集成了加速低延時(shí)控制環(huán)，支持設計人員使用高級軟件算法實(shí)現系統管理和高級控制功能，能夠開(kāi)發(fā)需要大量DSP的電機控制環(huán)，例如，現場(chǎng)定位控制所使用的控制環(huán)。

　　關(guān)于采用ARM Cortex-A9通用平臺進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，江允貴表示：“通用平臺在產(chǎn)品設計和替代方面操作簡(jiǎn)便，可幫助建立強大的生態(tài)系統。” 關(guān)于這一點(diǎn)，他舉例使用專(zhuān)有架構經(jīng)歷日本海嘯缺貨的廠(chǎng)商體會(huì )最明顯。另外他表示，客戶(hù)根據設計選擇單芯片方案或者外圍搭載MCU等器件。

　　FPGA集成多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議簡(jiǎn)化設計

　　工業(yè)以太網(wǎng)不但是鏈接工業(yè)電子系統中各個(gè)單元的關(guān)鍵技術(shù)，而且還是高度細分的技術(shù)，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議標準眾多，諸如POWERLINK、 EtherCAT、SERCOS III 、EPA、CC-Link IE等，這些標準基本由工業(yè)以太網(wǎng)應用中占主導幾大公司所制訂，并都擁有一定市場(chǎng)，這為設備制造商帶來(lái)麻煩，需要支持拿到不同協(xié)議授權，產(chǎn)品要支持多個(gè)以太網(wǎng)，無(wú)形中增加了面市時(shí)間和成本預算。

　　為此，Altera在基于FPGA的虛擬ASSP中提供多種協(xié)議“開(kāi)箱即用”解決方案，江允貴表示：“該方案在單片FPGA中集成多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議IP及Softing Gmbh專(zhuān)門(mén)針對Altera FPGA開(kāi)發(fā)的軟件堆棧，不需要前端許可費用和單片版稅報告，同時(shí)可現場(chǎng)更新以支持今后的協(xié)議。”

　　“利用FPGA所具有的可編程能力能夠迅速方便的支持不同的協(xié)議標準，”江允貴表示：“通過(guò)這種方式，一塊電路板能夠適應多種協(xié)議，不需要改動(dòng)硬件。FPGA還能夠用于實(shí)現各種工業(yè)自動(dòng)化功能，例如，傳感器接口、加速器和控制邏輯等。”

　　工業(yè)應用中常見(jiàn)的三類(lèi)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)(來(lái)源 Altera)

　　功能安全包降低設計風(fēng)險，加速認證過(guò)程

　　功能安全的概念率先由歐洲提出，之前稱(chēng)為機器安全，隨著(zhù)機器在工業(yè)應用中的地位愈加重要，與“失效率”相關(guān)的功能安全逐漸受重視。因此，國家在功能安全方面也制訂嚴苛的標準。

　　Altera 與全球安全和質(zhì)量測試的獨立組織TüV Rheinland萊茵集團合作，Cyclone IV FPGA通過(guò)了安全完整性等級3 (SIL3)認證。江允貴表示：“通過(guò)國家工業(yè)設備標準認證的周期一般為18-24個(gè)月，采用這一經(jīng)過(guò)預測試的包，系統設計人員簡(jiǎn)化其認證過(guò)程，降低了設計總成本，確保他們的產(chǎn)品符合全球IEC61508標準。”

　　江允貴透露，上海三菱電梯公司最近已經(jīng)采用Altera的功能安全包，用在現代自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道項目上。今年上半年，在國內各地發(fā)生多起電扶梯事故后，國家就在電扶梯設備強制執行功能安全相關(guān)標準，自動(dòng)扶梯需要符合中國最近制定的安全認證過(guò)程，GB16899標準。江允貴表示，Altera的功能安全包提供可靠的、經(jīng)過(guò)預認證的開(kāi)發(fā)過(guò)程，支持上海三菱公司大幅度縮短開(kāi)發(fā)和認證時(shí)間，加速產(chǎn)品面市。