FPGA满足精密化机器臂的需求

     赛灵思公司（Xilinx）亚太区事务Zynq业务开发经理罗霖先生明确指出，随着工厂生产线日益精密化，现如今生产线上的机器人臂呈现出逐步走向多轴化的发展趋势，这一举措旨在使机器人臂能够全面取代人类手臂，从而执行各类精细复杂的拟人动作。这样不仅可以将原本需要通过多个不同运动控制类型的机器人臂生产线合并为单一生产线，有效降低生产成本，同时也能显著提升工厂作业效率。

     为了顺应机器人臂多轴化的发展潮流，机器人臂内置的电机数量及其轴数均需相应增加。当某一电机轴旋转至特定角度时，与其处于同一联动系统中的其他电机轴也需旋转至对应的正确角度，并且各系统间的配合协调同样至关重要。罗霖先生进一步指出，相比于只能在单个节点上运行的MCU，FPGA的扩展性和运行性能将更能满足日益复杂的多轴电机运算需求。

     罗霖先生深入剖析，在同一机器人臂内，FPGA能够为低、中、高端内部系统提供开发商一致的扩展性和灵活性。例如，开发商既可以选择在各个分散式控制的小型节点中内置FPGA，也可以选择在大型节点中搭载性能更为强劲的FPGA系统单芯片（System on Chip，简称SoC），只需一颗FPGA SoC便足以完成整个机器人臂的多轴电机控制。以电机控制的核心——电流环为例，如果使用低端的DSP作为电机控制核心，那么系统平均大约需要200微秒（μs）才能启动电流环运行；然而，借助FPGA，这个时间仅需约50微秒，从而大幅度缩短了电机响应时间，提高了运行速度。罗霖先生强调，采用FPGA控制能够显著缩短电流环的驱动反应时间，加速系统运行速度，这对多轴电机的操控表现有着积极影响。

     另一方面，当前工业控制领域各种标准和协议纷繁复杂，且仍在不断更新迭代，因此传统的专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）和专用标准产品（Application Specific Standard Product，简称ASSP）往往无法为系统开发商提供足够的灵活开发平台。而FPGA却能为系统开发商提供高度弹性、高扩展性的开发环境。

     值得关注的是，近期FPGA器件制造商积极推动的FPGA SoC产品在工业控制领域取得了显著成果。鉴于工业领域具有垂直封闭的特性，各种协议、软件支持往往存在兼容性问题，在此背景下，纯硬件整合解决方案，如FPGA SoC，对于工业领域的系统开发商而言反而具有极大的竞争优势。因此，赛灵思公司将其倾力打造的全可编程Zynq-7000 SoC视作进军工业智能自动化领域的重要利器。

    赛灵思公司近日在2014年嵌入式电子与工业电脑应用展（Embedded World 2014）上，为其FPGA SoC下一代产品线——Zynq UltraScale MPSoC，发布了全新一代采用台积电16纳米鳍式场效应晶体管（FinFET）制程的UltraScale多元处理（Multi-Processing，MP）架构。

    据悉，赛灵思公司的全可编程MPSoC架构能够为处理器提供从32位元到64位元的扩展能力，并支持虚拟化应用。结合软硬件引擎进行实时控制和图像/影像处理、波形与封包处理、新型一致性互联和内存、高级电源管理，以及提供多层次防护、安全性和可靠性的强化技术。

     罗霖先生补充道，具备强大并行计算能力的FPGA不仅能够满足多轴机器人臂的需求，而且还能实现机器视觉系统高度灵活的配置。