Altera針對(duì)工業(yè)應(yīng)用如何創(chuàng)新FPGA平臺(tái)環(huán)境

　　FPGA在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用正在從輔助型器件向核心功能器件轉(zhuǎn)移，這主要是由于行業(yè)對(duì)于設(shè)備功能細(xì)分化、優(yōu)勢差異化、創(chuàng)新IP、軟件導(dǎo)入以及生產(chǎn)周期和成本等需求推動(dòng)的。Altera亞太區(qū)工業(yè)業(yè)務(wù)部市場開發(fā)經(jīng)理江允貴認(rèn)為，就工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)生產(chǎn)商而言，效率和性能、通信需求以及成本和功能安全的挑戰(zhàn)使得行業(yè)尋求更為有效的器件方案，而FPGA的特性能夠很好覆蓋傳統(tǒng)MCU、DSP、ASIC和ASSP這類器件。Altera不久前針對(duì)工業(yè)應(yīng)用推出了一系列的方案和平臺(tái)，包括電機(jī)控制開發(fā)工作臺(tái)、基于FPGA的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)集成的許可結(jié)構(gòu)和更新后的2012功能安全包。

　　分散式結(jié)構(gòu)、小型化、高互聯(lián)能力、優(yōu)化的輸出速率、安全和專用特性是電機(jī)控制的智能化驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展趨勢。Altera新的電機(jī)控制開發(fā)工作臺(tái)包括一組可定制的單軸和多軸芯片驅(qū)動(dòng)參考設(shè)計(jì)，以及系列電機(jī)控制硬件開發(fā)板，工作臺(tái)充分發(fā)揮Altera CycloneIV和Cyclone V FPGA中的DSP硬件和軟核嵌入式CPU的功能。其中Altera Cyclone V SoC FPGA采用28nm工藝，其硬件處理器子系統(tǒng)（HPS）采用了ARM的Cortex-A9雙核處理器，可靈活地對(duì)硬件和軟件進(jìn)行功能劃分，幫助設(shè)計(jì)人員滿足其特殊的最終應(yīng)用性能需求。

　　新的開發(fā)工作臺(tái)提供系統(tǒng)級(jí)開發(fā)環(huán)境，在FPGA中集成了加速低延時(shí)控制環(huán)，支持設(shè)計(jì)人員使用高級(jí)軟件算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和高級(jí)控制功能，從而提高設(shè)計(jì)人員的效能。工作臺(tái)支持MATLAB/Simulink中基于模型的設(shè)計(jì)方法，能夠開發(fā)需要大量 DSP的電機(jī)控制環(huán)，例如，現(xiàn)場定位控制所使用的控制環(huán)。通過Altera的DSP Builder和Qsys系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工具實(shí)現(xiàn)FPGA中協(xié)處理器的最佳映射，以及與運(yùn)行在集成處理器中軟件的無縫集成。“使用Altera的SoC虛擬目標(biāo)來開發(fā)其應(yīng)用軟件的客戶能夠?qū)⑵鋺?yīng)用軟件迅速導(dǎo)入到SoC中，從而可節(jié)省數(shù)月的開發(fā)時(shí)間。”江允貴說。據(jù)悉，目前發(fā)售的Cyclone V SoC FPGA初始樣片型號(hào)為5CSXA6，具有110K邏輯單元。

　　工業(yè)以太網(wǎng)不但是連接工業(yè)電子系統(tǒng)中各個(gè)單元的關(guān)鍵技術(shù)，而且還是高度細(xì)分的技術(shù)，它包括了各種不同的協(xié)議。FPGA所具有的可編程能力能夠迅速方便地支持不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此，支持工業(yè)以太網(wǎng)這樣的市場是FPGA 的熱點(diǎn)應(yīng)用之一。江允貴表示，Altera的許可結(jié)構(gòu)能夠簡化工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中基于FPGA的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)集成。這一新的許可結(jié)構(gòu)是與SofTIng工業(yè)自動(dòng)化有限公司聯(lián)合開發(fā)的，系統(tǒng)開發(fā)人員通過它可以使用先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，沒有前端許可費(fèi)用，不需要每單元版稅報(bào)告，也沒有延期協(xié)商。兩家公司的協(xié)議保證客戶能夠在一片Altera FPGA中實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，包括，PROFINETRT、PRO FI N ET I RT、Eth e rn et/IP、Modbus TCP/IP、EtherNet/IP和PROFIBUS DP等，而所有這些都經(jīng)過了硬件測試，完全兼容。“Altera的工業(yè)以太網(wǎng)方案在一片集成了嵌入式處理器的FPGA中實(shí)現(xiàn)協(xié)議IP和軟件堆棧。嵌入式處理器在上電時(shí)根據(jù)所需的協(xié)議IP來配置FPGA。通過這種方式，一塊電路板能夠適應(yīng)多種協(xié)議，不需要改動(dòng)硬件。”江允貴說。

　　功能安全是指在安全相關(guān)系統(tǒng)中出現(xiàn)隨機(jī)、系統(tǒng)或者共因故障時(shí)，降低損害或者傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。Altera的2012功能安全包支持更多的器件，并且增強(qiáng)了軟件支持，客戶采用Cyclone IV FPGA開發(fā)安全關(guān)鍵設(shè)計(jì)時(shí)，降低了認(rèn)證風(fēng)險(xiǎn)，并且符合最新的安全規(guī)范。Altera與全球安全和質(zhì)量測試獨(dú)立組織TüV Rheinland萊茵集團(tuán)合作，保證了這一包含Cyclone IV FPGA的認(rèn)證，為必須符合安全完整性等級(jí)3（SIL3）的設(shè)計(jì)提供所需的安全設(shè)計(jì)流程、IP以及開發(fā)工具。采用這一經(jīng)過預(yù)測試的包，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員簡化了其認(rèn)證過程，降低了設(shè)計(jì)總成本，確保產(chǎn)品符合全球IEC61508標(biāo)準(zhǔn)。“目前所有Quartus II設(shè)計(jì)軟件11.0 SP1支持的Altera FPGA都經(jīng)過了TüV Rheinland的預(yù)認(rèn)證，雙方的合作實(shí)現(xiàn)了嵌入在Alte ra全套工具鏈中的驗(yàn)證和認(rèn)證流程，支持VHDL和C代碼開發(fā)及仿真和驗(yàn)證，”江允貴說，“我們的FPGA方案是全球首個(gè)也是唯一一個(gè)經(jīng)過功能安全認(rèn)證的方案。”據(jù)悉，上海三菱電梯公司已經(jīng)采用該功能安全包在其自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道項(xiàng)目中，這些設(shè)備要求符合中國最近制定的安全認(rèn)證過程，即GB16899標(biāo)準(zhǔn)。另外，有關(guān)CycloneV的認(rèn)證正在進(jìn)行，預(yù)計(jì)會(huì)在年底通過。