Xilinx：FPGA和SoC顛覆傳統控制

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

　　圖1 機器人的智能控制示意圖

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

　　“針對工廠(chǎng)自動(dòng)化設備、高端數控機床、機器人等方面，Xilinx主推基于Zynq處理器的解決方案，” Xilinx亞太區Zynq業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理羅霖說(shuō)，“好處是可以把電機控制和工業(yè)以太網(wǎng)結合起來(lái)，即用戶(hù)可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)(例如EtherCAT, Profinet, Powerlink等)把電機作為伺服從機，工業(yè)電腦是主機來(lái)控制(圖1)?！睂Υ?，Xilinx有相應的參考設計，比如有Zynq開(kāi)發(fā)板，上面可帶4個(gè)步進(jìn)電機/BLDC(無(wú)刷電機)，并提供相應的算法，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。這樣的優(yōu)勢是性能會(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(hù)可以在6.4μs內就能完成4個(gè)馬達的實(shí)時(shí)控制。

　　機器視覺(jué)助力精確

　　為了執行器的路線(xiàn)走得準確，還需要機器視覺(jué)來(lái)判斷物體的位置和大小。傳統的做法是前端會(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?，F在，新的趨勢是把智能移向前端，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(zhuān)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)電腦運行PLC的功能?，F在出現了嵌入式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(人機界面)和一些運動(dòng)控制功能，這時(shí)，FPGA和Zynq也是非常好的選擇。因為今天的PLC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去運行一些協(xié)議棧。相比x86通用處理器，由于x86沒(méi)有針對具體的應用進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設計(例如多軸的運動(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 )帶有一些標準的以太網(wǎng)口，但是這些并不一定是實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)(因為實(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(zhuān)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)現業(yè)界主流的所有工業(yè)以太網(wǎng)的標準，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。