電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在現(xiàn)在的運(yùn)控領(lǐng)域，總線技術(shù)與驅(qū)動(dòng)二者相輔相成，而在傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制方法是較為單一的。一般以脈沖或者模擬量作為控制信號(hào)，將控制信號(hào)發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中然后由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。這種模式下，上位機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)大量的模擬量IO連接，接線數(shù)量較多，布線較為耗時(shí)。

隨著總線技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)控廠家將總線技術(shù)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制器中，上位機(jī)通過(guò)總線將運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。在總線運(yùn)控系統(tǒng)中，上位機(jī)的總線通訊接口可以通過(guò)線性拓?fù)浞绞竭B接多個(gè)支持總線通訊的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，這樣一來(lái)大大減少了需要接線的數(shù)量以及布線所需的時(shí)間。

運(yùn)控芯片的總線配置

我們知道在總線通訊模式下，通訊方式為數(shù)字式通信，可以不用考慮信號(hào)漂移問題，不像中脈沖信號(hào)和模擬量信號(hào)受到電磁干擾會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。因此在高端運(yùn)控領(lǐng)域，可以看到很多總線主站從站的設(shè)備產(chǎn)品，以及支持各種總線的芯片載體。

對(duì)于運(yùn)控芯片的選擇，芯片本身性能的高低已經(jīng)不是單一的決定因素，功能拓展的難易度、工業(yè)通信能力的強(qiáng)弱以及整機(jī)成本的高低都影響著廠商對(duì)于芯片的選型。從工業(yè)通信角度來(lái)看，目前運(yùn)控芯片里常見的總線技術(shù)有EhertCAT，RTEX，CC-Link，CANopen等等，這些總線技術(shù)都有著較為穩(wěn)定的客戶群。

首先自然是EtherCAT，現(xiàn)在發(fā)展最迅速規(guī)模最廣泛的總線技術(shù)。對(duì)于多軸應(yīng)用，EtherCAT工業(yè)總線肯定是最吃香的，在同步控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸上采用分布式時(shí)鐘的EtherCAT的確有著明顯的優(yōu)化效果。

松下RTEX的高速低成本優(yōu)勢(shì)在總線技術(shù)里也是較為突出的，其高響應(yīng)帶寬在面向高速度與高精度的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景，極大縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，提高設(shè)備效率；老牌總線CANopen較高的通訊性能和優(yōu)化的電磁兼容性，日至今日仍有很多用例；CC-Link作為三菱電機(jī)主推的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線在總線驅(qū)控領(lǐng)域也有著巨大的影響力。

將運(yùn)控總線搭載在芯片上作為設(shè)備設(shè)計(jì)的一部分已經(jīng)是很常見的做法，這對(duì)下游設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)比單單增強(qiáng)芯片性能更具有吸引力。

提高通訊能力的運(yùn)控芯片

單芯片依然是國(guó)內(nèi)做運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)很常見的方案，如瑞薩的RX72M加上EtherCAT的單芯片解決方案就是不少國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商常用的選擇。RX72M在內(nèi)核性能上做了增強(qiáng)，但更吸引人的是瑞薩的這種設(shè)計(jì)方案考慮到總線通信功能，減去了設(shè)計(jì)者需要自己外加從站控制芯片的步驟，將從控制器集成到了MCU上，實(shí)現(xiàn)了需要在單個(gè)芯片上使用專用控制器的系統(tǒng)配置，從而有助于減少零件數(shù)量并節(jié)省空間。
MCU有不少加總線的做法，而FPGA與生俱來(lái)的可編程優(yōu)勢(shì)使其能支援多種工業(yè)通訊協(xié)議，本身就是用來(lái)擴(kuò)充通訊的很好的選擇。就以大家熟知的AMD XILINX的ZYNQ-7000為例，就能提供EtherCAT的主從套件、安川Mechatrolink III的主從套件、CC-Link IE的從站套件等各種協(xié)議支持套件。FPGA提供的硬件加速不僅可滿足最嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性及時(shí)延性要求，而且還可輕松跟進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)。

國(guó)產(chǎn)運(yùn)控協(xié)議與芯片的結(jié)合

使用國(guó)外的芯片載體已經(jīng)是大家習(xí)以為常的做法，但是這種有限的總線授權(quán)模式，讓人不禁疑問真的能夠充分保障供應(yīng)安全嗎？

近期，國(guó)產(chǎn)FPGA公司易靈思在Trion T13F256 FPGA上搭載了固高高端運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)總線—gLink-II協(xié)議簇，在高端運(yùn)控領(lǐng)域做了一次芯片和總線的全國(guó)產(chǎn)化結(jié)合驗(yàn)證。在全自主可控的情況下，二者的結(jié)合既保證了運(yùn)控系統(tǒng)的高速實(shí)時(shí)響應(yīng)和大數(shù)據(jù)傳輸，又大大提高了通信的可靠性。

gLink-II總線技術(shù)以千兆以太網(wǎng)、高通信帶寬進(jìn)行高速控制，采用環(huán)形冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余和鏈路冗余，能實(shí)現(xiàn)多周期通信。Trion T13F256則是易靈思采用Quantum架構(gòu)的40nm大密度的FPGA系列，其超低功耗特性在FPGA行業(yè)首屈一指。二者的結(jié)合的愿景就是為國(guó)產(chǎn)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備保駕護(hù)航。據(jù)悉，易靈思的40nm Trion系列FPGA已在固高多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品中批量使用。

小結(jié)

很多運(yùn)控芯片都開始在總線協(xié)議的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上花更多心思，對(duì)于通訊協(xié)議復(fù)雜的運(yùn)控應(yīng)用來(lái)說(shuō)這樣的設(shè)計(jì)可以減少很多麻煩。而且伴隨工業(yè)4.0下自動(dòng)化設(shè)備的快速演進(jìn)，從總線到芯片的全自主可控也將越來(lái)越重要。