机器人中的FPGA芯片应用之道

　　智能工业快速发展，工业机器人的出现，很大程度上帮助人类减少了劳动力。赛灵思系列芯片正以燎原之势席卷整个行业，有着不可小觑的影响。为此，电子发烧友《机器人技术特刊》诚邀赛灵思探讨FPGA在机器人中的运用。





 

　　

　　赛灵思ISM（工业、科学、医疗）高级技术营销经理罗霖

　　机器人作为工业4.0时代的重头戏，各大厂商纷纷进军布局市场，然而在智能方面上存在些许欠缺。对此，罗霖先生表示，智能化将成为机器人发展的重要方向。机器人将会具有更多的传感器，比如视觉、触觉、距离等，具备感知周围环境的能力；机器人将实现更先进的算法，比如物体识别、立体视觉、神经网络等，具备一定的人工智能；机器人将会变得更加容易使用，通过观察和学习人的动作，来完成示教。智能化给机器人的处理性能带来了挑战，需要更高性能的处理器来实现这些功能，同时也需要满足成本、功耗和开发效率等方面的要求。

　　Xilinx推出FPGA系列芯片 竞争优势明显

　　关于赛灵思的FPGA芯片在市场的竞争优势，罗霖是这样说的，我们的优势在于器件的性价比、质量、可靠性和第三方方案的支持。还有平台化，在同一系列里我们提供从低端到中端到高端的器件供客户选择，使得客户可以统一硬件平台，降低研发和维护成本。

　　此外，Xilinx率先推出的集成FPGA的SoC，包括Zynq和Zynq MPSoC，帮助客户提供系统集成度，增加差异化，提升产品竞争力。还有工具的创新也是非常重要的一环，Xilinx陆续推出HLx， SDSoC等高层次的开发工具，以及第三方软件OpenCV， Halcon等的支持，帮助客户降低开发难度，提升开发效率。

　　FPGA在机器人上的应用

　　FPGA以及带有FPGA的SoC芯片在机器人上得到了广泛的应用。主要用途包括：

　　1）伺服驱动，高性能的伺服驱动需要高带宽的电流环，以及灵活的速度环和位置环，这方面带有FPGA的SoC芯片比如Zynq是一个很好的选择，另外，用FPGA可以用单芯片实现多轴控制以及工业以太网包括EtherCAT， Powerlink和Profinet等；

　　2）控制器，利用Zynq及其Zynq MPSoC，可以运行实时操作系统，Linux + Xenomai，Vxwork， QNX等，实现EtherCAT， Powerlink主站，运行高性能运动控制库，IEC61131-1的软PLC，HMI以及机器视觉算法，从而打造高性价比的机器人控制器；

　　3）机器视觉，利用FPGA或带有FPGA的SoC芯片可以打造高性能、小尺寸和低功耗的工业相机和智能相机，使机器人具备一定的智能；

　　4）功能安全，通过高可靠性和多通道冗余以及双核Lock-step等技术，以及通过TUV SUD认证的开发工具和流程，可以提供机器人的功能安全等级，防止或减轻对操作人员的伤害。

　　关于赛灵思在FPGA领域接下来的发展策略，罗霖说到，赛灵思将通过扩展全可编程平台的功能，产品覆盖面以及工具的优化让更多的创新者实现基于可编程平台的开发。像赛灵思最新宣布的Spartan 7系列，给低端客户以更好的性价比，更好的I/O密度。同时，罗霖表示他们的工具会向系统级、高层次发展，支持更多的库，扩大FPGA的用户群。

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