在马达控制系统中，FPGA的应用

随着Altera，Xilinx两家FPGA巨头陆续被收购，FPGA的未来似乎已经与数据中心、AI等超大规模应用绑定。但Lattice通过深耕垂直细分市场，结合FPGA的高度灵活性，并通过低功耗、高性能、高可靠性等优势，实现了快速扩张，公司业绩得到了成长，主要原因就是通信、计算和工业领域的扩展弥补了消费市场尤其是HDMI相关业务的下滑。

Lattice日前宣布推出Automate解决方案，这是Lattice专注工厂自动化的解决方案，可应用于包括机器人、具有预测性维护功能和可扩展的多通道马达控制、实时工业网络以及硬件安全等场景。

Lattice半导体亚太区资深市场开发经理林国松详细介绍了Automate解决方案。

工业自动化需求强烈

林林国松表示，工业自动化应用的场景非常多，Lattice关注两方面，一类是嵌入式视觉，通过mVision解决方案提供支持，另外则是生产过程中的各类实时性控制相关技术，也就是Automate的重点领域。

“低功耗、低延迟、精确可预测性、高稳定性、接口灵活，这是工业自动化明显的需求，这些恰好都是Lattice FPGA具有优势并且重点发力的。”林国松说道。

Automate的组成

林国松表示，Automate是完整的解决方案，其中Lattice Certus-NX马达控制开发板以及MachXO3D 硬件安全开发板是基础。硬件之上的IP内核包括EtherConnect IP核，CNN处理单元以及PDM数据采集器。软件和工具则包括了RADIANT、DIAMOND、Propel以及RISC-V软核和协处理器。参考设计上，包括马达控制、预测性维护、实时工业网络控制以及硬件安全。此外，Lattice还联合诸多第三方合作伙伴，共同推进相关领域的拓展。

多轴马达控制

马达控制架构

在马达控制系统中，FPGA主要负责收集马达信息，产生PWM波从而控制马达。FPGA的响应速度快，性能高，灵活性高，因此可以适应客户不同的算法，精准的控制马达的转速和位置。

林国松以数据具体解释道：“相比较传统的MCU，我们的产品可以实现14倍的功耗降低(仅为7mW)，并且由于IO口更多，因此相比MCU支持的马达数量更多。”

可预测性维护

可预测性维护系统架构

目前可预测性维护由于可以有效地减少人工干预，极大地提升机器运转效率和维护效率，因此得到了广泛重视。Lattice结合SensAI方案，将AI应用在马达健康状态监控上。通过AI的功能引入，有助于提早警示马达性能的下降。

林国松表示，借助FPGA的高性能，所有的预测都可以实现本地化，减少了时延和带宽消耗。系统集成CNN加速器，无需额外的传感器，并且已经支持TensorFlow Lite。

Lattice人工智能训练和软件设计工具

嵌入式实时感测和控制

EtherConnect实时嵌入式实时感测和控制系统是Lattice开发的一套协议，可以确保马达的同步，彻底取消时延。采用集中式主控制器来管理，支持多个BLDC马达。目前Lattice在实验室中已经成功串联了16个控制板，还可以支持更多的马达。

网络保护和恢复

随着工业互联网应用的增加，安全显得愈发重要。Lattice结合其在IT安全固件领域的技术，将其应用到了工业网络中，针对固件进行监督和保护，包括了可编程RoT和固件恢复等解决方案。