Altera Cyclone V SoC FPGA：深耕工業應用
2013-01-22 22:22:29 本站原創隨著應用環境的復雜度提升，在工業垂直細分領域，新技術的引入以及對人身安全有更高標準，使得設備廠商對制造商在產品定制化、面市周期以及總體成本方面提出更高需求，這些因素推動制造商提供更高性能、更突顯功能安全以及更具成本優勢的方案。因應這些復雜需求，FPGA方案開始逐漸進入傳統MCU和DSP占主要份額的領域。
Altera亞太區工業市場開發經理江允貴介紹：“現在的制造商面臨諸多挑戰，需要專業應用軟件和IP及靈活、成熟可靠的解決方案來幫助他們提升市場競爭力。與其它方案相比，FPGA能提供高性能和軟硬件可編程能力，配置非常靈活。因此，為深耕工業應用，Altera推出電機控制、以太網 IP以及功能安全三大組合方案。”
工業電機是這些需求的關鍵推動力量，每年工業領域64%的電能消耗來自于電機，優秀的電機驅動方案能幫助節省40%的能耗。
結合Altera的應用實例，江允貴認為目前FPGA適合應用于交流永磁電機控制，“因為交流永磁電機目前應用廣泛，采用三相交流，控制難度相對較大，電機控制的關鍵環節是電流環的控制，如果廠商在電流采集環節需要精進，傳統方法已經很難辦到，必須借助FPGA，因此FPGA在這方面優勢明顯，另外，在直流電機市場，其控制相對簡單，功耗低，傳統方案已經成熟，FPGA在直流領域則優勢不明顯。”
Altera推出的電機控制平臺采用Cyclone V SoC FPGA的硬件處理器子系統(HPS)，嵌入雙核ARM Cortex-A9 MPCore處理器，江允貴表示：“該平臺充分發揮了Altera Cyclone IV和Cyclone V FPGA中數字信號處理(DSP)硬件和軟核嵌入式CPU的功能，可靈活的對硬件和軟件進行最佳功能劃分，幫助設計人員滿足其特殊的最終應用性能需求。”
此平臺采用單芯片方案，在FPGA中集成了加速低延時控制環，支持設計人員使用高級軟件算法實現系統管理和高級控制功能，能夠開發需要大量DSP的電機控制環，例如，現場定位控制所使用的控制環。
關于采用ARM Cortex-A9通用平臺進行產品開發，江允貴表示：“通用平臺在產品設計和替代方面操作簡便，可幫助建立強大的生態系統。” 關于這一點，他舉例使用專有架構經歷日本海嘯缺貨的廠商體會最明顯。另外他表示，客戶根據設計選擇單芯片方案或者外圍搭載MCU等器件。
FPGA集成多種工業以太網協議簡化設計
工業以太網不但是鏈接工業電子系統中各個單元的關鍵技術，而且還是高度細分的技術，工業以太網協議標準眾多，諸如POWERLINK、 EtherCAT、SERCOS III 、EPA、CC-Link IE等，這些標準基本由工業以太網應用中占主導幾大公司所制訂，并都擁有一定市場，這為設備制造商帶來麻煩，需要支持拿到不同協議授權，產品要支持多個以太網，無形中增加了面市時間和成本預算。
為此，Altera在基于FPGA的虛擬ASSP中提供多種協議“開箱即用”解決方案，江允貴表示：“該方案在單片FPGA中集成多種工業以太網協議IP及Softing Gmbh專門針對Altera FPGA開發的軟件堆棧，不需要前端許可費用和單片版稅報告，同時可現場更新以支持今后的協議。”
“利用FPGA所具有的可編程能力能夠迅速方便的支持不同的協議標準，”江允貴表示：“通過這種方式，一塊電路板能夠適應多種協議，不需要改動硬件。FPGA還能夠用于實現各種工業自動化功能，例如，傳感器接口、加速器和控制邏輯等。”
功能安全包降低設計風險，加速認證過程
功能安全的概念率先由歐洲提出，之前稱為機器安全，隨著機器在工業應用中的地位愈加重要，與“失效率”相關的功能安全逐漸受重視。因此，國家在功能安全方面也制訂嚴苛的標準。
Altera 與全球安全和質量測試的獨立組織TüV Rheinland萊茵集團合作，Cyclone IV FPGA通過了安全完整性等級3 (SIL3)認證。江允貴表示：“通過國家工業設備標準認證的周期一般為18-24個月，采用這一經過預測試的包，系統設計人員簡化其認證過程，降低了設計總成本，確保他們的產品符合全球IEC61508標準。”
江允貴透露，上海三菱電梯公司最近已經采用Altera的功能安全包，用在現代自動扶梯和自動人行道項目上。今年上半年，在國內各地發生多起電扶梯事故后，國家就在電扶梯設備強制執行功能安全相關標準，自動扶梯需要符合中國最近制定的安全認證過程，GB16899標準。江允貴表示，Altera的功能安全包提供可靠的、經過預認證的開發過程，支持上海三菱公司大幅度縮短開發和認證時間，加速產品面市。
