中科億海微基于國產(chǎn)FPGA的電機(jī)驅(qū)動方案：精準(zhǔn)控制，賦能具身智能機(jī)器人
在智能化浪潮重塑產(chǎn)業(yè)格局的今天，電機(jī)驅(qū)動控制板正成為高端裝備制造的核心競爭力。作為智能運(yùn)動控制系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”，高性能電機(jī)解決方案深度賦能工業(yè)機(jī)器人、智能汽車、無人機(jī)、精密醫(yī)療設(shè)備等戰(zhàn)略領(lǐng)域。中科億海微依托自主研發(fā)的國產(chǎn)FPGA芯片，打造出以異構(gòu)架構(gòu)與精準(zhǔn)控制算法深度融合為特點(diǎn)的智能電機(jī)驅(qū)動方案，為智能機(jī)器人等前沿領(lǐng)域提供精確控制與目標(biāo)識別的國產(chǎn)化技術(shù)底座。
中科億海微研制的國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動解決方案，是基于其自研的FPGA+ARM核心板+底板，以及FOC電機(jī)驅(qū)動控制軟件算法，構(gòu)成的國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動板原型樣機(jī)。核心板+底板的架構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)固化核心業(yè)務(wù)，可快速適配工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服、新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)、無人機(jī)電驅(qū)動系統(tǒng)、智能物流AGV等差異化場景需求。該方案已獲得了來自國內(nèi)工業(yè)控制、軌道交通、能源電力等行業(yè)領(lǐng)域合作伙伴的一致認(rèn)同。隨著智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入爆發(fā)期，中科億海微正持續(xù)優(yōu)化其驅(qū)動方案的協(xié)同控制能力，助力國產(chǎn)智能裝備突破技術(shù)困境，構(gòu)建自主可控的智能制造生態(tài)體系。
集智高效，一板適配：實(shí)現(xiàn)智能驅(qū)動與精準(zhǔn)控制，賦能智能電控系統(tǒng)
國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動板由FPGA+ARM核心板、電源模塊、串口模塊、ADC模塊、CAN模塊、驅(qū)動電路模塊和百兆以太網(wǎng)模塊組成。FPGA+ARM核心板作為主控模塊，主要實(shí)現(xiàn)適用于各種場景的軟件控制算法；電源模塊，由兩組DC/DC電路構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)5V和3.3V電壓的輸出；串口模塊，主要實(shí)現(xiàn)UART轉(zhuǎn)Type-C的功能；ADC模塊，主要實(shí)現(xiàn)相電壓（電流）的采集功能；CAN模塊，主要實(shí)現(xiàn)CAN接口的高速數(shù)據(jù)傳輸和通信；電路驅(qū)動模塊，主要由驅(qū)動芯片和MOSFET組成，主要實(shí)現(xiàn)輸出電壓和開關(guān)頻率的調(diào)節(jié)、死區(qū)時(shí)間控制、過流保護(hù)、PVDD和GVDD過壓鎖定、過溫提示和鎖定；百兆以太網(wǎng)模塊，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)管理的功能。
圖 國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動板實(shí)物圖
方案特點(diǎn)：
（1）電機(jī)驅(qū)動板預(yù)留100PIN*2板對板接口，具有很大的拓展空間；
（2）包含了豐富的輸入輸出接口，集成了2個(gè)百兆網(wǎng)口、CAN、Type-C2UART等通信接口；ABZ編碼器、HALL等反饋接口；
（3）除了常規(guī)UVW三項(xiàng)輸出接口，同時(shí)還支持PUL、DIR、ENA的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動口；
（4）驅(qū)動板自帶16位8通道高精度ADC，支持并口和SPI的數(shù)據(jù)讀寫方式；
（5）驅(qū)動板支持最大60V 10A的功率，同時(shí)自帶死區(qū)控制和過流檢測。
固化核心異構(gòu)處理與控制能力：實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)高集成控制平臺靈活適配
國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動板的核心板采用FPGA+ARM架構(gòu)，具有處理器豐富、接口豐富、高速大帶寬等特點(diǎn)，適合異構(gòu)平臺算法、控制等方面使用。核心板具有256Mbit SDRAM用于數(shù)據(jù)緩存，與FPGA連接，最大傳輸速率為166MHz，用于FPGA數(shù)據(jù)緩存。
核心板使用了STM32F407VET6作為計(jì)算處理單元，工作頻率最大達(dá)168MHz，支持所有ARM單精度數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型，具有豐富外設(shè)接口，與FPGA之間通過FSMC接口互聯(lián)。
核心板FPGA選用中科億海微自主設(shè)計(jì)的EQ6HL45型FPGA芯片，擴(kuò)展出42對LVDS線，ARM共有47根數(shù)據(jù)及控制線，具有一路有源晶振時(shí)鐘輸入，頻率為20MHz，對于需要大量IO及豐富總線接口的用戶，此核心板是很好的選擇。同時(shí)，F(xiàn)PGA芯片到接口之間走線做了等長處理。
此核心板共擴(kuò)展出2個(gè)高速擴(kuò)展口，使用2個(gè)100Pin的板間連接器和擴(kuò)展板連接，PIN腳間距為0.8mm，公頭連接器的高度為5mm，與底板的母座連接器配置實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。FPGA擴(kuò)展IO及ARM與外部通信均通過此兩個(gè)連接器與外部連接。核心板長寬高為62mm×52mm×8.5mm（正面高度3.5mm，背面高度5mm），為8層板，板厚1.6mm，適合二次開發(fā)。供電為5V直流供電，通過背面擴(kuò)展口供電。
圖 FPGA+ARM核心板正面（左）及背面（右）
核心板通過“固化硬件平臺+靈活功能擴(kuò)展”的雙重優(yōu)勢，縮短用戶研發(fā)周期，減少核心板硬件設(shè)計(jì)和驗(yàn)證資源投入，提高設(shè)計(jì)可靠性。通過搭配不同的底板，可以直接開展場景化應(yīng)用功能開發(fā)，助力各行業(yè)快速國產(chǎn)化轉(zhuǎn)化，推動產(chǎn)品快速上市。
國產(chǎn)替代加速產(chǎn)業(yè)升級
國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動板的崛起創(chuàng)新是我國科技產(chǎn)業(yè)自主可控發(fā)展的一個(gè)縮影。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的持續(xù)拓展，國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動板將迎來更廣闊的發(fā)展空間。中科億海微作為國內(nèi)領(lǐng)先的FPGA芯片設(shè)計(jì)及應(yīng)用方案開發(fā)企業(yè)，憑借深厚的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力，為國內(nèi)電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域提供了一種全新的企業(yè)自研SoM應(yīng)用方案，進(jìn)一步豐富了國內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)儲備。國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動板的推出，為國產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，將為國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供了更具性價(jià)比和定制化的解決方案。
關(guān)于中科億海微
中科億海微電子科技（蘇州）有限公司，是“可編程芯片與智能微系統(tǒng)”技術(shù)領(lǐng)域的高新技術(shù)企業(yè)，于2017年1月在蘇州發(fā)起成立。公司以“可編程邏輯IP核與EDA工具”為技術(shù)特色，以FPGA、自適應(yīng)SoC、可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)等產(chǎn)品設(shè)計(jì)與服務(wù)為主營業(yè)務(wù)，是蘇州市姑蘇領(lǐng)軍企業(yè)、江蘇省潛在獨(dú)角獸企業(yè)、國家級專精特新“小巨人”企業(yè)、國家高新技術(shù)企業(yè)。
公司堅(jiān)持全正向設(shè)計(jì)技術(shù)路線，自主研制具有高可靠性的嵌入式可編程電路IP核、可編程邏輯芯片、EDA軟件與可重構(gòu)系統(tǒng)，提供具有高性能和自適應(yīng)計(jì)算的行業(yè)解決方案和集成電路設(shè)計(jì)服務(wù)，滿足智能制造、現(xiàn)代通信、能源電力、軌道交通、汽車電子、廣電傳媒、數(shù)據(jù)中心、金融科技、電子政務(wù)、醫(yī)療器械、測試測量等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用需要。
