國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主控芯片在“國(guó)產(chǎn)替代”的浪潮中以更低的價(jià)格和毫不遜色的性能逐漸取得了國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商的青睞。這一期我們繼續(xù)將目光聚焦在國(guó)產(chǎn)廠商，看看在機(jī)器人主控芯片國(guó)產(chǎn)替代浪潮中還有哪些不得不看的系列。
航順HK32
航順的產(chǎn)品組以ARMCortex-M0/M3/M4為主，以M0、M3的主流型經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品居多。在高性能應(yīng)用端，HK32F39A系列搭配協(xié)處理器在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用上還是很好用的。
HK32F39A系列使用高性能的ARMCortex-M3內(nèi)核，主頻最高為120MHz。但是這個(gè)系列遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止M3內(nèi)核的性能，HK32F39A系列內(nèi)置了航順自主研發(fā)的協(xié)處理器，可實(shí)現(xiàn)ARMCortex-M4內(nèi)核支持的算術(shù)指令中的絕大部分，其中包括32位單精度浮點(diǎn)運(yùn)算，因此不妨把它當(dāng)作M4內(nèi)核的主控芯片來(lái)看。據(jù)悉與一些知名M4系列芯片相比，在同一軟件同一主頻下，相同的CoreMark測(cè)試跑分這個(gè)系列能跑很高的分?jǐn)?shù)。
大存儲(chǔ)外掛是這個(gè)系列的另一大特色，527KBFlash、97KBSRAM和512ByteVBAT備份SRAM的容量已經(jīng)不小，還可以通過(guò)FSMC模塊外掛最多1GB容量的外部靜態(tài)存儲(chǔ)器，這些外掛的大存儲(chǔ)還是安全加密的。內(nèi)核強(qiáng)勁，存儲(chǔ)也有足夠的空間似乎還不夠，為了適配工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用，豐富的外設(shè)配置也不能少。
在片內(nèi)模擬外設(shè)上，HK32F39A系列就配置了3個(gè)12位ADC、2個(gè)12位DAC以及1個(gè)溫度傳感器等等。針對(duì)電機(jī)控制與機(jī)器人應(yīng)用，還內(nèi)置了2個(gè)高級(jí)16位定時(shí)器，一共8路PWM輸出其中6路帶死區(qū)互補(bǔ)，另外2個(gè)高級(jí)定時(shí)器與內(nèi)置的4路電壓比較器片內(nèi)互連，能夠極大節(jié)省電機(jī)中板級(jí)電壓比較器及相關(guān)電路。
ChipONKF32
ChipON的產(chǎn)品組在電機(jī)控制上下了很大功夫，不管是對(duì)無(wú)感FOC的優(yōu)化，還是為低主頻的芯片加入運(yùn)算硬件加速單元。精于控制的ChipON產(chǎn)品系列在應(yīng)對(duì)機(jī)器人主控方面表現(xiàn)一直都不錯(cuò)。
ChipON32位混合指令集的自主IP內(nèi)核系列，從48MHz到120MHz都能應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人上。最高主頻的KF32L530有基于16位/32位混合指令的高效指令集，最高擁有帶ECC校驗(yàn)的512KBFLASH和128KB的RAM。
強(qiáng)大的內(nèi)核可以支持在沒(méi)有任何硬件算法加速的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)感FOC大于240000RPM的電轉(zhuǎn)速。同時(shí)，KF32L530可配置DSP核、協(xié)處理器以及FPU核，將運(yùn)算能力推向極致。在解決算力要求后，KF32L530在PWM配置上也給出了最多2組的ECCP方案，16bitPWM最高分辨率8.3ns。最多2個(gè)獨(dú)立ECCP模塊，每個(gè)4x2通道，支持獨(dú)立和互補(bǔ)輸出擁有3+1個(gè)獨(dú)立死區(qū)補(bǔ)償。KF32L530還能配置最多3個(gè)獨(dú)立ADC，在豐富的ADC觸發(fā)采樣功能基礎(chǔ)上，額外再提供2個(gè)獨(dú)立的ADC觸發(fā)采樣時(shí)間寄存器。
除了對(duì)控制的細(xì)心打磨，KF32L530提供了大量的通信接口，包括CAN、LIN、SPI、I2C、USART和EXIC，所以不用擔(dān)心在復(fù)雜工業(yè)通信場(chǎng)景的應(yīng)用。
極海半導(dǎo)體APM32F
APM32工業(yè)級(jí)芯片的高ESD等級(jí)和高溫度覆蓋范圍一直是其特長(zhǎng)，8KV的抗干擾能力能夠大幅提高電機(jī)系統(tǒng)的靜電防護(hù)能力。
APM32應(yīng)用在機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)最多的是APM32F407系列。APM32F407系列基于ARMCortex-M4內(nèi)核，可以支持單精度FPU和增強(qiáng)型DSP處理指令。主頻最高168MHz，擁有1MB的FLASH和192的SRAM，同樣支持外部存儲(chǔ)器拓展。
APM32F407系列微控制器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)特殊的機(jī)制，就是可以通過(guò)配置BOOT[1:0]引腳實(shí)現(xiàn)三種不同的啟動(dòng)模式，系統(tǒng)不僅僅可以從Flash存儲(chǔ)器或系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，還可以從內(nèi)置SRAM啟動(dòng)，被選作啟動(dòng)區(qū)域的存儲(chǔ)器是由選擇的啟動(dòng)模式?jīng)Q定。
基于APM32F407系列給出的機(jī)器人伺服方案可以將電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和減速機(jī)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，這樣功率密度會(huì)比分立式更高；APM32F407系列除了內(nèi)核擁有DSP和FPU高性能處理能力，還給出了支持SDRAM等多種外設(shè)接口，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人豐富的外設(shè)完成覆蓋；為了將位置控制做到更精確，磁性編碼器代替了光電編碼器實(shí)現(xiàn)位置反饋；最后一點(diǎn)則是使用了CAN總線實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制指令傳輸，兼顧穩(wěn)定和高效率。
小結(jié)
在小型的工業(yè)機(jī)器人中，如果主控芯片只需要完成關(guān)節(jié)的控制不涉及復(fù)雜的高算力應(yīng)用，機(jī)器人廠商為了攤薄成本選擇ARMCortex-M0內(nèi)核為主控芯片就足矣。但隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，更復(fù)雜的感知側(cè)執(zhí)行側(cè)要求主控芯片性能越來(lái)越高，各個(gè)半導(dǎo)體廠商也相繼推出M4、M7內(nèi)核的機(jī)器人芯片以適應(yīng)機(jī)器人智能化發(fā)展。