在馬達(dá)控制系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA的應(yīng)用

隨著Altera，Xilinx兩家FPGA巨頭陸續(xù)被收購(gòu)，F(xiàn)PGA的未來(lái)似乎已經(jīng)與數(shù)據(jù)中心、AI等超大規(guī)模應(yīng)用綁定。但Lattice通過(guò)深耕垂直細(xì)分市場(chǎng)，結(jié)合FPGA的高度靈活性，并通過(guò)低功耗、高性能、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了快速擴(kuò)張，公司業(yè)績(jī)得到了成長(zhǎng)，主要原因就是通信、計(jì)算和工業(yè)領(lǐng)域的擴(kuò)展彌補(bǔ)了消費(fèi)市場(chǎng)尤其是HDMI相關(guān)業(yè)務(wù)的下滑。

Lattice日前宣布推出Automate解決方案，這是Lattice專注工廠自動(dòng)化的解決方案，可應(yīng)用于包括機(jī)器人、具有預(yù)測(cè)性維護(hù)功能和可擴(kuò)展的多通道馬達(dá)控制、實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)以及硬件安全等場(chǎng)景。

Lattice半導(dǎo)體亞太區(qū)資深市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理林國(guó)松詳細(xì)介紹了Automate解決方案。

工業(yè)自動(dòng)化需求強(qiáng)烈

林林國(guó)松表示，工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的場(chǎng)景非常多，Lattice關(guān)注兩方面，一類是嵌入式視覺(jué)，通過(guò)mVision解決方案提供支持，另外則是生產(chǎn)過(guò)程中的各類實(shí)時(shí)性控制相關(guān)技術(shù)，也就是Automate的重點(diǎn)領(lǐng)域。

“低功耗、低延遲、精確可預(yù)測(cè)性、高穩(wěn)定性、接口靈活，這是工業(yè)自動(dòng)化明顯的需求，這些恰好都是Lattice FPGA具有優(yōu)勢(shì)并且重點(diǎn)發(fā)力的。”林國(guó)松說(shuō)道。

Automate的組成

林國(guó)松表示，Automate是完整的解決方案，其中Lattice Certus-NX馬達(dá)控制開(kāi)發(fā)板以及MachXO3D 硬件安全開(kāi)發(fā)板是基礎(chǔ)。硬件之上的IP內(nèi)核包括EtherConnect IP核，CNN處理單元以及PDM數(shù)據(jù)采集器。軟件和工具則包括了RADIANT、DIAMOND、Propel以及RISC-V軟核和協(xié)處理器。參考設(shè)計(jì)上，包括馬達(dá)控制、預(yù)測(cè)性維護(hù)、實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制以及硬件安全。此外，Lattice還聯(lián)合諸多第三方合作伙伴，共同推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的拓展。

多軸馬達(dá)控制

馬達(dá)控制架構(gòu)

在馬達(dá)控制系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)收集馬達(dá)信息，產(chǎn)生PWM波從而控制馬達(dá)。FPGA的響應(yīng)速度快，性能高，靈活性高，因此可以適應(yīng)客戶不同的算法，精準(zhǔn)的控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和位置。

林國(guó)松以數(shù)據(jù)具體解釋道：“相比較傳統(tǒng)的MCU，我們的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)14倍的功耗降低(僅為7mW)，并且由于IO口更多，因此相比MCU支持的馬達(dá)數(shù)量更多?！?

可預(yù)測(cè)性維護(hù)

可預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

目前可預(yù)測(cè)性維護(hù)由于可以有效地減少人工干預(yù)，極大地提升機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)效率和維護(hù)效率，因此得到了廣泛重視。Lattice結(jié)合SensAI方案，將AI應(yīng)用在馬達(dá)健康狀態(tài)監(jiān)控上。通過(guò)AI的功能引入，有助于提早警示馬達(dá)性能的下降。

林國(guó)松表示，借助FPGA的高性能，所有的預(yù)測(cè)都可以實(shí)現(xiàn)本地化，減少了時(shí)延和帶寬消耗。系統(tǒng)集成CNN加速器，無(wú)需額外的傳感器，并且已經(jīng)支持TensorFlow Lite。

Lattice人工智能訓(xùn)練和軟件設(shè)計(jì)工具

嵌入式實(shí)時(shí)感測(cè)和控制

EtherConnect實(shí)時(shí)嵌入式實(shí)時(shí)感測(cè)和控制系統(tǒng)是Lattice開(kāi)發(fā)的一套協(xié)議，可以確保馬達(dá)的同步，徹底取消時(shí)延。采用集中式主控制器來(lái)管理，支持多個(gè)BLDC馬達(dá)。目前Lattice在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)成功串聯(lián)了16個(gè)控制板，還可以支持更多的馬達(dá)。

網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和恢復(fù)

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的增加，安全顯得愈發(fā)重要。Lattice結(jié)合其在IT安全固件領(lǐng)域的技術(shù)，將其應(yīng)用到了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，針對(duì)固件進(jìn)行監(jiān)督和保護(hù)，包括了可編程RoT和固件恢復(fù)等解決方案。