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Altera Cyclone V SoC FPGA:深耕工业应用

作者:时间:2013-01-27来源:PLD

  随着应用环境的复杂度提升,在工业垂直细分领域,新技术的引入以及对人身安全有更高标准,使得设备厂商对制造商在产品定制化、面市周期以及总体成本方面提出更高需求,这些因素推动制造商提供更高性能、更突显功能安全以及更具成本优势的方案。因应这些复杂需求,方案开始逐渐进入传统MCU和DSP占主要份额的领域。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/141432.htm

  亚太区工业市场开发经理江允贵介绍:“现在的制造商面临诸多挑战,需要专业应用软件和IP及灵活、成熟可靠的解决方案来帮助他们提升市场竞争力。与其它方案相比,能提供高性能和软硬件可编程能力,配置非常灵活。因此,为深耕工业应用,推出电机控制、以太网 IP以及功能安全三大组合方案。”

  亚太区工业市场开发经理江允贵

  基于Altera 开发平台的电机控制参考设计

  工业电机是这些需求的关键推动力量,每年工业领域64%的电能消耗来自于电机,优秀的电机驱动方案能帮助节省40%的能耗。

  结合Altera的应用实例,江允贵认为目前FPGA适合应用于交流永磁电机控制,“因为交流永磁电机目前应用广泛,采用三相交流,控制难度相对较大,电机控制的关键环节是电流环的控制,如果厂商在电流采集环节需要精进,传统方法已经很难办到,必须借助FPGA,因此FPGA在这方面优势明显,另外,在直流电机市场,其控制相对简单,功耗低,传统方案已经成熟,FPGA在直流领域则优势不明显。”

  Altera推出的电机控制平台采用Cyclone V SoC FPGA的硬件处理器子系统(HPS),嵌入双核ARM Cortex-A9 MPCore处理器,江允贵表示:“该平台充分发挥了Altera Cyclone IV和Cyclone V FPGA中数字信号处理(DSP)硬件和软核嵌入式CPU的功能,可灵活的对硬件和软件进行最佳功能划分,帮助设计人员满足其特殊的最终应用性能需求。”

  此平台采用单芯片方案,在FPGA中集成了加速低延时控制环,支持设计人员使用高级软件算法实现系统管理和高级控制功能,能够开发需要大量DSP的电机控制环,例如,现场定位控制所使用的控制环。

  关于采用ARM Cortex-A9通用平台进行产品开发,江允贵表示:“通用平台在产品设计和替代方面操作简便,可帮助建立强大的生态系统。” 关于这一点,他举例使用专有架构经历日本海啸缺货的厂商体会最明显。另外他表示,客户根据设计选择单芯片方案或者外围搭载MCU等器件。

  FPGA集成多种工业以太网协议简化设计

  工业以太网不但是链接工业电子系统中各个单元的关键技术,而且还是高度细分的技术,工业以太网协议标准众多,诸如POWERLINK、 EtherCAT、SERCOS III 、EPA、CC-Link IE等,这些标准基本由工业以太网应用中占主导几大公司所制订,并都拥有一定市场,这为设备制造商带来麻烦,需要支持拿到不同协议授权,产品要支持多个以太网,无形中增加了面市时间和成本预算。

  为此,Altera在基于FPGA的虚拟ASSP中提供多种协议“开箱即用”解决方案,江允贵表示:“该方案在单片FPGA中集成多种工业以太网协议IP及Softing Gmbh专门针对Altera FPGA开发的软件堆栈,不需要前端许可费用和单片版税报告,同时可现场更新以支持今后的协议。”

  “利用FPGA所具有的可编程能力能够迅速方便的支持不同的协议标准,”江允贵表示:“通过这种方式,一块电路板能够适应多种协议,不需要改动硬件。FPGA还能够用于实现各种工业自动化功能,例如,传感器接口、加速器和控制逻辑等。”

  工业应用中常见的三类实时以太网(来源 Altera)

  功能安全包降低设计风险,加速认证过程

  功能安全的概念率先由欧洲提出,之前称为机器安全,随着机器在工业应用中的地位愈加重要,与“失效率”相关的功能安全逐渐受重视。因此,国家在功能安全方面也制订严苛的标准。

  Altera 与全球安全和质量测试的独立组织TüV Rheinland莱茵集团合作,Cyclone IV FPGA通过了安全完整性等级3 (SIL3)认证。江允贵表示:“通过国家工业设备标准认证的周期一般为18-24个月,采用这一经过预测试的包,系统设计人员简化其认证过程,降低了设计总成本,确保他们的产品符合全球IEC61508标准。”

  江允贵透露,上海三菱电梯公司最近已经采用Altera的功能安全包,用在现代自动扶梯和自动人行道项目上。今年上半年,在国内各地发生多起电扶梯事故后,国家就在电扶梯设备强制执行功能安全相关标准,自动扶梯需要符合中国最近制定的安全认证过程,GB16899标准。江允贵表示,Altera的功能安全包提供可靠的、经过预认证的开发过程,支持上海三菱公司大幅度缩短开发和认证时间,加速产品面市。



关键词: Altera FPGA CycloneV

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