Altera针对工业应用如何创新FPGA平台环境

　　FPGA在工业领域的应用正在从辅助型器件向核心功能器件转移，这主要是由于行业对于设备功能细分化、优势差异化、创新IP、软件导入以及生产周期和成本等需求推动的。Altera亚太区工业业务部市场开发经理江允贵认为，就工业电机控制系统生产商而言，效率和性能、通信需求以及成本和功能安全的挑战使得行业寻求更为有效的器件方案，而FPGA的特性能够很好覆盖传统MCU、DSP、ASIC和ASSP这类器件。Altera不久前针对工业应用推出了一系列的方案和平台，包括电机控制开发工作台、基于FPGA的工业以太网设计集成的许可结构和更新后的2012功能安全包。

　　分散式结构、小型化、高互联能力、优化的输出速率、安全和专用特性是电机控制的智能化驱动技术发展趋势。Altera新的电机控制开发工作台包括一组可定制的单轴和多轴芯片驱动参考设计，以及系列电机控制硬件开发板，工作台充分发挥Altera CycloneIV和Cyclone V FPGA中的DSP硬件和软核嵌入式CPU的功能。其中Altera Cyclone V SoC FPGA采用28nm工艺，其硬件处理器子系统（HPS）采用了ARM的Cortex-A9双核处理器，可灵活地对硬件和软件进行功能划分，帮助设计人员满足其特殊的最终应用性能需求。

　　新的开发工作台提供系统级开发环境，在FPGA中集成了加速低延时控制环，支持设计人员使用高级软件算法实现系统管理和高级控制功能，从而提高设计人员的效能。工作台支持MATLAB/Simulink中基于模型的设计方法，能够开发需要大量 DSP的电机控制环，例如，现场定位控制所使用的控制环。通过Altera的DSP Builder和Qsys系统级设计工具实现FPGA中协处理器的最佳映射，以及与运行在集成处理器中软件的无缝集成。“使用Altera的SoC虚拟目标来开发其应用软件的客户能够将其应用软件迅速导入到SoC中，从而可节省数月的开发时间。”江允贵说。据悉，目前发售的Cyclone V SoC FPGA初始样片型号为5CSXA6，具有110K逻辑单元。

　　工业以太网不但是连接工业电子系统中各个单元的关键技术，而且还是高度细分的技术，它包括了各种不同的协议。FPGA所具有的可编程能力能够迅速方便地支持不同的协议标准，因此，支持工业以太网这样的市场是FPGA 的热点应用之一。江允贵表示，Altera的许可结构能够简化工厂自动化系统中基于FPGA的工业以太网设计集成。这一新的许可结构是与SofTIng工业自动化有限公司联合开发的，系统开发人员通过它可以使用先进的工业以太网协议，没有前端许可费用，不需要每单元版税报告，也没有延期协商。两家公司的协议保证客户能够在一片Altera FPGA中实现各种工业以太网协议，包括，PROFINETRT、PRO FI N ET I RT、Eth e rn et/IP、Modbus TCP/IP、EtherNet/IP和PROFIBUS DP等，而所有这些都经过了硬件测试，完全兼容。“Altera的工业以太网方案在一片集成了嵌入式处理器的FPGA中实现协议IP和软件堆栈。嵌入式处理器在上电时根据所需的协议IP来配置FPGA。通过这种方式，一块电路板能够适应多种协议，不需要改动硬件。”江允贵说。

　　功能安全是指在安全相关系统中出现随机、系统或者共因故障时，降低损害或者伤亡的风险。Altera的2012功能安全包支持更多的器件，并且增强了软件支持，客户采用Cyclone IV FPGA开发安全关键设计时，降低了认证风险，并且符合最新的安全规范。Altera与全球安全和质量测试独立组织TüV Rheinland莱茵集团合作，保证了这一包含Cyclone IV FPGA的认证，为必须符合安全完整性等级3（SIL3）的设计提供所需的安全设计流程、IP以及开发工具。采用这一经过预测试的包，系统设计人员简化了其认证过程，降低了设计总成本，确保产品符合全球IEC61508标准。“目前所有Quartus II设计软件11.0 SP1支持的Altera FPGA都经过了TüV Rheinland的预认证，双方的合作实现了嵌入在Alte ra全套工具链中的验证和认证流程，支持VHDL和C代码开发及仿真和验证，”江允贵说，“我们的FPGA方案是全球首个也是唯一一个经过功能安全认证的方案。”据悉，上海三菱电梯公司已经采用该功能安全包在其自动扶梯和自动人行道项目中，这些设备要求符合中国最近制定的安全认证过程，即GB16899标准。另外，有关CycloneV的认证正在进行，预计会在年底通过。