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使用SoC FPGA进行工业设计和电机控制

美高森美公司(Microsemi)?? 2014年09月29日 ?? 收藏1
引言

在工业系统中选择器件需要考虑多个因素,其中包括:性能、工程变更的成本、上市时间、人员的技能、重用现有IP/程序库的可能性、现场升级的成本,以及低功耗和低成本。

工业市场的近期发展推动了对具有高集成度、高性能、低功耗FPGA器件的需求。设计人员更喜欢网络通信而不是点对点通信,这意味着可能需要额外的控制器用于通信,进而间接增加了BOM成本、电路板尺寸和相关NRE(一次性工程费用)成本。

总体拥有成本用于分析和估计购置的寿命周期成本,它是所有与设计相关的直接和间接成本的扩展集,包括工程技术成本、安装和维护成本、材料清单(BOM)成本和NRE(研发)成本等。通过考虑系统级因素有可能最大限度地减少总体拥有成本,从而带来可持续的长期盈利能力。

美高森美公司(Microsemi)提供具有硬核ARM Cortex-M3微控制器和IP集成的SmartFusion2 SoC FPGA器件,它采用成本优化的封装,具有减少BOM和电路板尺寸的特性。这些器件具有低功耗和宽温度范围,能够在没有冷却风扇的极端条件下可靠地运行。SmartFusion2 SoC FPGA架构将一个硬核ARM Cortex-M3 IP与FPGA架构相集成,可以实现更大的设计灵活性和更快的上市时间。美高森美为电机控制算法开发提供了具有多个多轴电机控制参考设计和IP的生态系统,使由多处理器解决方案转向单一器件解决方案(即SoC FPGA)更加容易。

影响TCO的因素

以下是影响系统TCO的一些因素。

(1)长寿命周期。FPGA可以在现场部署之后进行重新编程,这延长了产品的寿命周期,从而使设计人员能够专注于新产品开发,实现更快的上市时间。

(2)BOM。美高森美基于闪存技术的FPGA在上电时无需启动PROM或闪存MCU来加载FPGA,它们是零级非易失性/即时启动器件。与基于SRAM的FPGA器件不同,美高森美基于闪存的FPGA无需附加上电监控器,这是因为闪存开关不会随电压而改变。

(3)上市时间。OEM厂商之间的激烈竞争迫切需要更多的产品差异化和更快的上市时间。经过验证的IP模块可大幅缩短设计时间。目前已经可以提供多个构建工业解决方案所需的IP模块,同时更多的模块正在开发中。SoC表现出的另一个独特优势是可以用于调试FPGA设计。为了调试FPGA设计,可以通过用于调试的高速接口,利用微控制器子系统从FPGA中提取信息。

(4)工程工具成本。与FPGA开发工具昂贵的概念相反,美高森美提供用于FPGA开发的免费Libero SoC IDE,仅在开发高端器件时才需要付费。

工业驱动系统

工业驱动系统由一个电机控制器件和一个通信器件构成,电机控制器件包含了驱动逆变器的逻辑和保护逻辑,通信器件则使监控控制能够对运行时间参数进行初始化和修改。

图1:典型工业驱动系统。
图1:典型工业驱动系统。
(点击查看大图)

在典型的驱动系统(图1)中,可能使用多个控制器器件来实现驱动逻辑。一个器件可能执行与电机控制算法相关的计算,第二个器件可能运行与通信相关的任务,第三个器件则可能运行与安全性相关的任务。

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SoC FPGA? Cortex-M3? 电机控制? 工业驱动系统?

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