Xilinx Zynq-7000 引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化智能化的變革

2013 工業(yè)計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)展(IPCE)在深圳會(huì)展中心舉行，全球領(lǐng)先的Programmable FPGA供應(yīng)商賽靈思針對(duì)工業(yè)及嵌入式應(yīng)用展示了其基于 Zynq-7000 All Programmable SoC的機(jī)器視覺和工業(yè)控制等六大系統(tǒng)級(jí)解決方案：馬達(dá)控制方案、應(yīng)用于機(jī)器視覺領(lǐng)域的以太網(wǎng)視頻傳輸協(xié)議、可靠的以太網(wǎng)方案、基于Zynq-7000 的 SoftPLC 開發(fā)平臺(tái)、ZedBoard開發(fā)板上的POWERLINK主/從方案以及ZingSoM模塊。圖1為賽靈思公司的展臺(tái)。

基于 Zynq-7000 All Programmable SoC的六大系統(tǒng)解決方案

馬達(dá)控制方案

Zynq-7000 All Programmable SoC 智能驅(qū)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了高精度、低噪音、多軸馬達(dá)控制，以及運(yùn)行QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信的處理能力，展示了一個(gè)真正的單芯片驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖2為賽靈思馬達(dá)控制方案框圖。

賽靈思馬達(dá)控制方案的應(yīng)用包括電子驅(qū)動(dòng)和伺服系統(tǒng)、能源與電源系統(tǒng)、高性能步進(jìn)器以及多軸馬達(dá)控制。在采訪中，賽靈思全球ISM (工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療)部市場(chǎng)經(jīng)理林逸芳指出，“FPGA在馬達(dá)控制的優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為降低系統(tǒng)總成本、增加方案的靈活性，通過擴(kuò)展接口延長方案應(yīng)用周期以及提升系統(tǒng)性能”。

應(yīng)用于機(jī)器視覺領(lǐng)域的以太網(wǎng)視頻傳輸協(xié)議

Zynq-7000 All Programmable SoC 可提供一款用于實(shí)現(xiàn)軟件算法和圖像處理功能的處理器平臺(tái)，能夠通過使用FPGA 門技術(shù)實(shí)時(shí)加速功能。下圖為機(jī)器視覺攝像頭方案框圖。

機(jī)器視覺的用途主要有：智能視覺系統(tǒng)、線路掃描攝像頭、瑕疵檢測(cè)和對(duì)象跟蹤、視覺引導(dǎo)機(jī)器人。賽靈思平臺(tái)的方案優(yōu)勢(shì)包括了：實(shí)時(shí)處理能力、高級(jí)攝像頭接口、低材料成本以及友好的編程環(huán)境。

采訪時(shí)，賽靈思亞太區(qū)Zynq業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理羅霖指出，“由于工業(yè)視覺中主要完成處理和檢測(cè)分析，Zynq中的可編程邏輯部分可以逐像素的處理圖像而且速度非常快，而ARM A9則可以完成控制處理。”

在展臺(tái)處，賽靈思展示了針對(duì)機(jī)器視覺應(yīng)用Zynq-7000和 Artix-7 解決方案。機(jī)器視覺應(yīng)用中的高帶寬GigEVision協(xié)議用以通過以太網(wǎng)傳輸多個(gè)視頻流，同時(shí)支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)和低開銷。下圖為應(yīng)用于機(jī)器視覺領(lǐng)域的以太網(wǎng)視頻傳輸協(xié)議方案的展示圖。

可靠的以太網(wǎng)方案

在此次展會(huì)上，賽靈思的合作伙伴SoC-E展示了基于Zynq-7000可靠的、高容錯(cuò)的以太網(wǎng)通信方案，該方案具有高精度的時(shí)序功能，可以應(yīng)用于能源市場(chǎng)，比如電力自動(dòng)化和智能電網(wǎng)。其中賽靈思的Zynq-7000 All Programmable SoC 能提供靈活的I/O和邏輯塊，這足以讓用戶實(shí)現(xiàn)自己專有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該方案的框圖如下：

運(yùn)用賽靈思器件的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：靈活的互換網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、可集成定制、大量I/O和吞吐量以及支持多種傳輸協(xié)議。

基于Zynq-7000 的 SoftPLC 開發(fā)平臺(tái)

在本次展會(huì)上，賽靈思(Xilinx)，德國科維軟件(KW-Software)，POWERLINK，安富利(Avnet)聯(lián)合發(fā)布了基于Zynq-7000的預(yù)集成開發(fā)平臺(tái)，用以快速、精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制應(yīng)用。 下圖為該方案的展示。

ZedBoard開發(fā)板上的POWERLINK主/從方案

ZedBoard開發(fā)板展示了基于Zynq-7000 All programmable SoC的高性能POWERLINK Master方案。Zynq-7000平臺(tái)是主要是用于需要高性能運(yùn)動(dòng)控制或工業(yè)網(wǎng)絡(luò)性能的設(shè)計(jì)。另外，從EPSG上用戶也可以下載到免費(fèi)的IP和參考設(shè)計(jì)，能夠獲得全面的工業(yè)控制開發(fā)平臺(tái)。

ZingSoM模塊

ZingSoM模塊是賽靈思針對(duì)OEM類型和小批量試生產(chǎn)型客戶量身定制的一款Zynq最小系統(tǒng)板，集成了Zynq AP SoC系統(tǒng)所需的常用組件，包括DDR3和Flash，以及千兆網(wǎng)卡和USB接PHY芯片。圖為ZingSoM模塊。

羅霖表示，ZingSoM模塊能支持Linux等操作系統(tǒng)，實(shí)際上就是一個(gè)開源的嵌入式計(jì)算平臺(tái)，工程師可以利用這個(gè)平臺(tái)快速開發(fā)應(yīng)用，這將有助于本土工程師更快進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域嵌入式開發(fā)。

采訪中，林逸芳總結(jié)說，“Zynq-7000的主要特點(diǎn)有集成度高，靈活性強(qiáng)，性能高效，這對(duì)于客戶來說，不但可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期及復(fù)雜度，同時(shí)也便于客戶產(chǎn)品的個(gè)性化，更有利于生產(chǎn)差異化，另外，賽靈思的技術(shù)支持力度非常大，對(duì)于客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等都可以比較及時(shí)的支持”。

羅霖補(bǔ)充道，“工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品定制化的特點(diǎn)明顯，很多ASIC器件完成不了，而這正是FPGA可以發(fā)揮的地方。以前產(chǎn)品設(shè)計(jì)會(huì)在采用FPGA+MCU或DSP的架構(gòu)，現(xiàn)在采用Zynq，很多方案就可以可以省去MCU或DSP，性能提升了，成本也下降了。”

工業(yè)進(jìn)入自動(dòng)化的大潮以至，Zynq-7000憑借其硬件、設(shè)計(jì)工具、IP核和參考設(shè)計(jì)，必然加速工業(yè)嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)程，引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化智能化的大變革。