用FPGA控制电机，AMD发布新品

正如AMD 工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona所说，随着技术的发展，电机正在变得无处不在。从公共交通到其它发电系统，从工厂自动化到仓储所使用的机器人到医疗设备，甚至农业的空中系统中都能看到电机的存在。
 
但与此同时，电机也正在“吞噬”全球的能源。根据相关统计数据显示，电机消耗了全球工业能源总用量的70%。为此专家指出，如果能提高电机的效率，将对全球用电量产生显著的积极影响。所以行业正在通过采用包括碳化硅和氮化镓在内的新材料来提升效率与性能，同时还降低了能耗。
 
然而，随着电机变得更加精密复杂，且可以提供各种速度能力。就需要上游的电机驱系统各环节的供应商齐心合力，才能进一步实现高性能和低功耗的控制。
 
在Chetan Khona看来，FPGA无疑是一个值得信任的选择。
 
电机控制，为何需要FPGA？
 
作为一个“万能”芯片，FPGA因为其灵活性，可以在不同的应用场景中找到广泛的发挥空间，这在电机控制市场也不例外。
 
熟悉电机的读者应该知道，电机驱动系统主要是有三个要素，分别是驱动器、供电部分和电机本身。因此要提高其效率，就主要从这三方面入手。更高性能的数字信号处理就将会是一个可供选择的解决办法。从当前的电机控制领域来看，主流都是使用MCU或者DSP来进行电机控制。不过，与FPGA相比，这两种控制手段依然存在短板。
 
首先看MCU，Chetan Khona表示，如果MCU只是用来控制电机的话，其任务是可以完成得不错的。但是在现在工业物联网的大环境下，还要顾及功能安全、网络安全、人工智能，还有预测性维护等等，这时候MCU就不能兼顾了。
 
再看DSP，作为电机控制的主流选手，DSP在过去多年里都是不少厂商的首选。不过在Chetan Khona看来，FPGA在与其相比，拥有几点领先优势：
 

 

• 因为FPGA是完全并行的，所以处理任务的时候只需要一个时钟周期而不是两百个时钟周期，这就让使用FPGA的硬件就能够带来时延方面的优势；
• 功耗方面的优势。如果是要以最快方式取得结果，用传统的方式，这个时钟在跑起来的时候需要几百个甚至是GHz级的速度。但是FPGA的速度可以更慢也可以节约用电，只要200 MHz就可以了；

第三个优势是灵活应变性。我们的设计使得开发人员可以在功耗、时间以及时钟速度方面进行取舍，也就是可以实现时分复用，例如，您不需要在一个时钟周期内完全200次操作，你只要在四个时钟周期内进行200次操作，可以根据具体任务进行调整；
 
最后一个优势是独立性。现在如果是多访问的电机控制应用，可以用FPGA的硬件来控制回路，而不是通过一个电路来控制多个电机，避免稀释性能；
 
 
正是基于以上思考，AMD发布了系列新品组合，助力电机控制市场高性能和低功耗发展。
 
发布K24 SOM和KD240驱动器入门套件
 
据介绍，K24 SOM是一款基于Zynq UltraScale+ MPSoC架构的扩展Kria自适应系统模块（SOM），是 Kria 自适应 SOM 及开发者套件产品组合的最新产品。
 
据介绍，K24 SOM使用的Zynq UltraScale+自适应SoC是专门为K24 SOM设计的。它能够实现混合关键性，能非常简单地控制不同任务之间的优先级；通过使用MPSoC，K24 SOM也能很好地确保功能安全性，提升网络安全；其可编程的I/O结构让这个SoM可以与包括环境、方向、视觉和其它传感器在内任何传感器进行连接。



另外，K24 SOM还能够支持从 EtherCAT到TSN等业界比较普遍的40多种工业互联网标准，这进一步扩充了其使用场景；K24 SOM还是一个基于ARM处理系统的可编程逻辑器件，所以它也有很多特定性能；又因为使用了InFo封装技术，让MPSoC 器件实现了更小型的封装，从而带来了更为紧凑的 Kria SOM，其整体尺寸也仅有信用卡的一半。
 
作为K26 SOM的补充和延伸，K24 SOM和前者有很多的共同点，例如它们都是A53 四核以及双R5F处理器，都带有非常出色的外设。不同之处在于，K24 SOM支持最新版本 22.04 Ubuntu OS，I/O数量要比K26 SOM少，LPDDR的数量是K26 SOM的一半。工业级的K24 SOM的2GB的LPDDR4由ECC支持。正是这样的定义，让K24 SOM成为关注尺寸、功耗和成本等方面的设计的理想选择。
 
得益于其领先设计，K24 SOM 还能满足用于工业环境的资格，其所支持的设计流程比此前任何一代产品都要多。其中包括 Matlab Simulink 等常见的设计工具与 Python 等语言，以及其对 PYNQ 框架广泛的生态系统支持。此外，它还支持 Ubuntu 和 Docker。软件开发人员也可在使用 AMD Vitis 电机控制库的同时，保持对传统开发流程的支持。



借助其高水平确定性和低时延，K24 SOM能为边缘端计算密集型数字信号处理（ DSP ）应用中使用的电气传动和电机控制器供电。主要应用包括电机系统、工厂自动化机器人、发电、电梯与列车等公共交通、手术机器人和磁共振成像（ MRI ）床体等医疗设备以及电动汽车充电站。
 
“K24 SOM是非常领先的产品，它的功耗非常低，而且确定性非常高，时延也非常的低，能够很好地去应对DSP有关的应用，以及与之相配套适应的设计流程”，Chetan Khona总结说。



而结合 KD240 驱动器入门套件这款开箱即用的、基于电机控制的开发平台使用时，产品便可提供利用 K24 SOM 进行量产部署的无缝路径。用户可以快速启动并运行，从而加快电机控制和 DSP 应用上市进程，而无需具备 FPGA 编程专业知识。
 
写在最后
 
AMD方面强调，Kria SOM 使开发人员能够跳过围绕所选芯片器件的大量设计工作，而专注于提供差异化增值功能。连接器的兼容性也支持开发者在 K24 和 K26 SOM 之间轻松迁移，无需更换板卡，令系统架构师能够平衡高能效系统的功耗、性能、尺寸和成本。
 
值得一提的是，在之前 Kria K26 SOM 发布的时候，AMD 还推出了首个面向边缘应用的应用商店（ App Store ），据透露，预计到今年年底，会有超过25款应用在这个应用商店里推出，所有这些应用都是基于Ubuntu linux开发，且都是容器化的，在docker hub当中来配置，这些基本上已经是我们行业里的标配了。
 
而这次伴随 KD240 入门套件的推出，AMD 率先提供预构建的电机控制应用，使用户能够创建可靠、可用且具有高级安全功能的高能效工业解决方案。 而由可选的电机配件包（ MACCP ）提供支持的KD240 ，未来还将提供可单独购买的附加电机套件，为开发人员带来强化的加速体验。
 
“对于电机控制以及数字信号处理，K24 SOM及其相关套件是最为优异的一个解决方案。”Chetan Khona强调。