|
作者：Microchip Technology Inc. 資深市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)工程師 Apurva Peri 使用 SmartHLS™可將開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短最多 5 倍。 高級電機控制應用簡(jiǎn)介 現今的電機控制應用需要具有明確結果的多軸、多功能解決方案。試想一下大型自動(dòng)化工業(yè)制造單元中的機器人（循環(huán)執行任務(wù)），甚至是機器人輔助進(jìn)行的醫療手術(shù)——這些機器人需要在各個(gè)方向上精確控制，同時(shí)產(chǎn)生確定性輸出。同樣，高端工業(yè)級無(wú)人機需要穩定的陀螺儀和更高的機械可靠性，以及 DSP 的高速計算能力。在更重要的場(chǎng)景中，例如植入像心室輔助裝置這樣的醫療植入體（改善心臟功能），這類(lèi)操作不容有任何閃失，因此除了精度和確定性之外，穩健性和可靠性也必不可少。電動(dòng)機還執行諸如航天器中的姿態(tài)控制、展開(kāi)機制、運動(dòng)和節流閥控制等關(guān)鍵功能。機翼執行機構通常在起飛后或準備著(zhù)陸時(shí)以較低的速度維持飛機的燃油效率。這些應用需要在高真空、輻射和不斷變化的工作環(huán)境下保持較長(cháng)的使用壽命、高可靠性和安全性。 降低系統成本，打造將數字外設與處理器內核集成在一起的單一聯(lián)網(wǎng)、多協(xié)議硬件，是一以貫之的需求。 FPGA 在電機控制設計中的優(yōu)勢 與 ASIC 相比，FPGA 的優(yōu)勢更多，最突出的一點(diǎn)是其具有現場(chǎng)可配置性的確定性并行計算功能。它們可以實(shí)現復雜的邏輯功能，支持多種系統的實(shí)現和修改。 我們的 FPGA 獨樹(shù)一幟，因為它們具有基于閃存的非易失性存儲器。憑借這種瞬時(shí)啟動(dòng)技術(shù)，它們的功耗可比競品 FPGA 低 30%到 50%。FPGA 具有抗輻射性能和獨特的安全功能，例如避免過(guò)度構建和克隆、設計 IP 保護、信任根、安全數據通信和防篡改功能。具體而言，在電機控制方面，我們的 FPGA 具有低功耗、低抖動(dòng)、低延遲、高精度、高確定性和可擴展性，可在解決現代電機控制應用面臨的復雜挑戰方面發(fā)揮重要作用。 SmartHLS 助力提高生產(chǎn)率 使用 Verilog/VHDL 從頭開(kāi)始為 FPGA 設計基于硬件的新電機控制器會(huì )非常耗時(shí)。通常，工程師已經(jīng)有一個(gè)使用 C/C++設計的電機控制器正在運行。在這種情況下，理想的解決方案是針對 Microchip PolarFire® FPGA，自動(dòng)將現有的 C++軟件代碼轉換為等效的硬件實(shí)現。智能高級綜合（SmartHLS™）工具和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境可使這項工作變得簡(jiǎn)單易行，它們可以針對 Microchip FPGA 將 C++軟件編譯成硬件模塊。借助高級綜合工具，您可以將 C++作為輸入，并生成 Verilog 作為輸出。通常，HLS 將生成的頂層 C++函數標記為等效的硬件 IP核心。您可以在頂層 C++函數中描述算法。然后，您可以使用 HLS pragma 和 C++ HLS 庫來(lái)描述標準硬件接口，如 AXI、AXI-stream 或存儲器接口。HLS 有一個(gè)頗具吸引力的好處，那就是與 RTL 設計相比，使用 C++可以顯著(zhù)提高抽象水平和生產(chǎn)率，這有助于縮短硬件設計和驗證時(shí)間。HLS 可以輕松添加或刪除流水線(xiàn)寄存器，以實(shí)現用戶(hù)指定的目標頻率，因此它非常適合進(jìn)行架構探索。 
我們有一位客戶(hù)使用 SmartHLS 將其具有嚴格限制的高級電機控制設計移植到我們的FPGA�？蛻�(hù)的主要目標是將確定性延遲時(shí)間縮短到 3 μs 以?xún)�。該延遲時(shí)間包括從接收每一個(gè)（共八個(gè)）電機編碼器傳感器的信號到 FPGA 電機控制內核更新所有這些傳感器的電流輸出之間的反饋時(shí)間。由于 DDR 和 PCIe®等外部 I/O 要求，客戶(hù)還希望設計能夠在 200MHz 以上的時(shí)鐘頻率下運行。此外，他們還希望能夠將設計輕松安裝到 PolarFire MPF500器件上。
客戶(hù)給出了他們的結果質(zhì)量報告，結果遠超他們的設計目標。 他們的周期延遲時(shí)間縮短了 50%，同時(shí)頻率提高到其目標時(shí)鐘頻率 200 MHz。電機控制器的最終確定性延遲時(shí)間也減半，縮短至約 2 μs。電機控制器的面積也縮小到足以放入 300K LE PolarFire FPGA。 將原始 C++電機控制器與經(jīng)過(guò)改進(jìn)的 FPGA 版本進(jìn)行比較的實(shí)驗表明，就延遲時(shí)間而言，基于 FPGA 的電機控制器的速度比 Arm®單片機高 2.5-6 倍，具體取決于單片機的抖動(dòng)和實(shí)時(shí)操作系統。 單擊此處了解有關(guān) SmartHLS 的更多信息。 單擊此處了解有關(guān)我們的電機控制解決方案的更多信息。 單擊此處注冊，可根據需要訪(fǎng)問(wèn)我們的網(wǎng)絡(luò )研討會(huì )“Microchip FPGA 如何利用 HLS 提高使用 C++的電機控制應用的生產(chǎn)率” |
