電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在這個(gè)系列里，我們已經(jīng)見了不少工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)芯片。但這些還遠(yuǎn)沒有覆蓋國(guó)內(nèi)龐大的工業(yè)機(jī)器人需求。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人賽道上玩家的增多，機(jī)器人廠商，尤其是國(guó)內(nèi)協(xié)作機(jī)器人廠商都在尋求最適合自己的主控芯片。之前已經(jīng)列出的系列有打造強(qiáng)大內(nèi)核的，有配置強(qiáng)大通訊功能的，也有集成先進(jìn)視覺的，單一決定因素在廠商們這里已經(jīng)不復(fù)存在，他們往往要考慮到拓展機(jī)器人功能以及把控整機(jī)成本。

上一期我們著重分析了配置強(qiáng)大工業(yè)通訊能力的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)芯片，這一期我們將再來看看一些市占率同樣性能也高得嚇人的驅(qū)動(dòng)芯片。

SAM S7x/E7x系列

Microchip的產(chǎn)品組十分豐富，不僅包含PIC、AVR、SAM系列，還有應(yīng)用于控制不同電機(jī)外設(shè)的FPGA，國(guó)內(nèi)不少機(jī)器人公司就選用了這些系列的產(chǎn)品。拋開用于各類步進(jìn)、BDC電機(jī)的芯片不談，在多軸運(yùn)動(dòng)控制上，SAM系列的高性能MCU一直是相當(dāng)獨(dú)特的存在。

（圖源：Microchip）

說它獨(dú)特，是因?yàn)镾AM S70和E70使用了300MHz的Arm Cortex-M7內(nèi)核，這在多軸控制里是相對(duì)少見的選擇。一般來說，添加DSP數(shù)據(jù)處理指令的M4已經(jīng)足夠應(yīng)付工業(yè)機(jī)器人多軸運(yùn)控。如果考慮到拓展功能，添上FPGA也足以應(yīng)付目前絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用。那選用M7就只剩下一個(gè)目的——追求最極致的項(xiàng)目性能。

SAM S70和E70也的確做到了最極致的性能。S70在擁有高主頻的同時(shí)擁有高達(dá)64 KB緊耦合內(nèi)核內(nèi)存，可以快速驅(qū)動(dòng)FOC控制。為了實(shí)現(xiàn)最極致的速度，S70采用了一對(duì)2 Msps雙的采樣12 bit ADC引擎。再加上先進(jìn)的模擬外設(shè)、16 bit PWM與16 bit Timers，S70可以輕松地以高性能實(shí)現(xiàn)多軸控制與雙電機(jī)控制。

E70則和我們上一期的工業(yè)通訊主題掛鉤。E70繼承了S70的所有高端性能，并在高性能控制基礎(chǔ)上增加了IEEE-1588以太網(wǎng)和CAN FD連接選項(xiàng)。為了應(yīng)對(duì)最復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制，E70能利用QSPI 接口添加 LAN9252 EtherCAT從控制器，實(shí)現(xiàn)基于 EtherCAT 的高性能電機(jī)控制也不在話下。

Layerscape多核通信處理器系列

NXP的運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人方案在計(jì)算性能、內(nèi)置連通性、低延遲上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于多軸運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人應(yīng)用也是輕車熟路。Layerscape多核通信系列就是NXP在機(jī)器人多軸運(yùn)控應(yīng)用上的看家處理器。

（圖源：NXP）

這個(gè)系列里采用了雙核/四核SoC ，有些選取了ARM A53有些則選取了A72，因此在計(jì)算性能上毋庸置疑。這個(gè)系列里所有處理器都內(nèi)置了連接選項(xiàng)，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人應(yīng)用所需的低延遲和低抖動(dòng)。

LS1046A和LS1026A是多核通信處理器的兩個(gè)代表產(chǎn)品。它們將四核（LS1046A）和雙核（LS1026A）64位Arm Cortex-A72與數(shù)據(jù)包處理加速、高速外設(shè)相集成。四個(gè)CPU作為一個(gè)由四個(gè)內(nèi)核組成的集群，共享一個(gè)2 MB二級(jí)緩存，具有32 KB一級(jí)數(shù)據(jù)緩存和48 KB一級(jí)指令緩存的單線程內(nèi)核，主頻高達(dá)1.8GHz。其中兩個(gè)系列所用到的分層互連技術(shù)擁有高達(dá)700 MHz的工作頻率。

LS1046A令人印象深刻的超過32000 CoreMarks的高性能，可以與10 Gb以太網(wǎng)、第三代PCIe、SATA 3.0、USB 3.0和QSPI接口配對(duì)，適配多軸控制的確再合適不過。除了硬件本身足夠強(qiáng)大，NXP還提供了一個(gè)使用Xenomai Linux的實(shí)時(shí)開源操作系統(tǒng)，增強(qiáng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)確定性和實(shí)時(shí)性。

ADI CM4xx系列

ADI的限時(shí)同步運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的位置控制精度和低延遲，這在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)上是非常影響實(shí)際體驗(yàn)的一點(diǎn)。對(duì)更高自由度的機(jī)器人和更多的機(jī)器吞吐量來說，具有更快伺服驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)時(shí)間和更精確軸同步的驅(qū)控芯片無疑是很吃香的。

（圖源：ADI）

ADI的ADSP-CM4xx混合信號(hào)控制處理器系列采用ARM-Cortex M4處理器內(nèi)核，集成高精度ADC、數(shù)字加速器和濾波器、SRAM和閃存以及豐富的外設(shè)，適配要求高性能實(shí)時(shí)控制和模擬轉(zhuǎn)換的機(jī)器人多軸控制應(yīng)用。當(dāng)然ADI還有很多可以適配工業(yè)機(jī)器人運(yùn)控的產(chǎn)品，MCU和DSP都有。

CM4xx系列單論控制，CM407F-A是其中較為亮眼的一個(gè)。CM407F混合信號(hào)控制處理器集成雙通道高精度16 bit ADC和一個(gè)240MHz M4處理器內(nèi)核，集成了384KB SRAM存儲(chǔ)器、2MB閃存、光伏（PV）逆變器控制、電機(jī)控制和其他嵌入式控制應(yīng)用而優(yōu)化的加速器和外設(shè)。

內(nèi)核集成的浮點(diǎn)運(yùn)算可以支持高級(jí)編程模型和復(fù)雜算法，雙通道的16 bit ADC則用于高精度的電機(jī)閉環(huán)控制。ADI的ADC模塊就不用多說了，無失碼、11+ ENOB以及轉(zhuǎn)換速率高達(dá)380ns，其性能的強(qiáng)大和領(lǐng)先已經(jīng)不需要描述了。

為了更好地解決智能控制問題，CM407F-A多加上了高級(jí)PWM和定時(shí)器功能，有效提升轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和電機(jī)性能。為了更方便拓展日后的機(jī)器人應(yīng)用，該系列提供了16位異步存儲(chǔ)器，可連接外置SRAM或FPGA。無論是性能的拔高還是功能的擴(kuò)充，都進(jìn)一步提高了工業(yè)機(jī)器人的智能驅(qū)動(dòng)能力。

小結(jié)

有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制已從最基礎(chǔ)的開/關(guān)定速電機(jī)發(fā)展到機(jī)器人技術(shù)中復(fù)雜的多軸伺服驅(qū)動(dòng)。高性能的機(jī)器人驅(qū)控芯片層出不窮并且發(fā)展更新極快。下一期，我們將細(xì)數(shù)有哪些國(guó)產(chǎn)芯片同樣在大顯身手。