工業機器人驅動芯片：內核性能再拔高，功能覆蓋再擴充

在這個系列里，我們已經見了不少工業機器人驅動芯片。但這些還遠沒有覆蓋國內龐大的工業機器人需求。隨著國內工業機器人賽道上玩家的增多，機器人廠商，尤其是國內協作機器人廠商都在尋求最適合自己的主控芯片。之前已經列出的系列有打造強大內核的，有配置強大通訊功能的，也有集成先進視覺的，單一決定因素在廠商們這里已經不復存在，他們往往要考慮到拓展機器人功能以及把控整機成本。這一期我們將再來看看一些市占率同樣性能高得嚇人的驅動芯片。

Microchip的產品組十分豐富，不僅包含PIC、AVR、SAM系列，還有應用于控制不同電機外設的FPGA，國內不少機器人公司就選用了這些系列的產品。拋開用于各類步進、BDC電機的芯片不談，在多軸運動控制上，SAM系列的高性能MCU一直是相當獨特的存在。

（圖源：Microchip）

說它獨特，是因為SAM S70和E70使用了300MHz的Arm Cortex-M7內核，這在多軸控制里是相對少見的選擇。一般來說，添加DSP數據處理指令的M4已經足夠應付工業機器人多軸運控。如果考慮到拓展功能，添上FPGA也足以應付目前絕大多數工業機器人應用。那選用M7就只剩下一個目的——追求最極致的項目性能。

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擁有高達64 KB緊耦合內核內存，可以快速驅動FOC控制。為了實現最極致的速度，S70采用了一對2 Msps雙的采樣12 bit ADC引擎。再加上先進的模擬外設、16 bit PWM與16 bit Timers，S70可以輕松地以高性能實現多軸控制與雙電機控制。

E70則和我們上一期的工業通訊主題掛鉤。E70繼承了S70的所有高端性能，并在高性能控制基礎上增加了IEEE-1588以太網和CAN FD連接選項。為了應對最復雜的實時控制，E70能利用QSPI 接口添加 LAN9252 EtherCAT從控制器，實現基于 EtherCAT 的高性能電機控制也不在話下。

（圖源：NXP）

這個系列里采用了雙核/四核SoC ，有些選取了ARM A53有些則選取了A72，因此在計算性能上毋庸置疑。這個系列里所有處理器都內置了連接選項，可以實現運動控制和機器人應用所需的低延遲和低抖動。

LS1046A和LS1026A是多核通信處理器的兩個代表產品。它們將四核（LS1046A）和雙核（LS1026A）64位Arm Cortex-A72與數據包處理加速、高速外設相集成。四個CPU作為一個由四個內核組成的集群，共享一個2 MB二級緩存，具有32 KB一級數據緩存和48 KB一級指令緩存的單線程內核，主頻高達1.8GHz。其中兩個系列所用到的分層互連技術擁有高達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、第三代PCIe、SATA 3.0、USB 3.0和QSPI接口配對，適配多軸控制的確再合適不過。除了硬件本身足夠強大，NXP還提供了一個使用Xenomai Linux的實時開源操作系統，增強機器人運動確定性和實時性。

ADI的限時同步運動系統具有良好的位置控制精度和低延遲，這在機器人驅動上是非常影響實際體驗的一點。對更高自由度的機器人和更多的機器吞吐量來說，具有更快伺服驅動器響應時間和更精確軸同步的驅控芯片無疑是很吃香的。

（圖源：ADI）

ADI的ADSP-CM4xx混合信號控制處理器系列采用ARM-Cortex M4處理器內核，集成高精度ADC、數字加速器和濾波器、SRAM和閃存以及豐富的外設，適配要求高性能實時控制和模擬轉換的機器人多軸控制應用。當然ADI還有很多可以適配工業機器人運控的產品，MCU和DSP都有。

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

內核集成的浮點運算可以支持高級編程模型和復雜算法，雙通道的16 bit ADC則用于高精度的電機閉環控制。ADI的ADC模塊就不用多說了，無失碼、11+ ENOB以及轉換速率高達380ns，其性能的強大和領先已經不需要描述了。