Altera Cyclone V SoC FPGA：深耕工业应用

随着应用环境的复杂度提升，在工业垂直细分领域，新技术的引入以及对人身安全有更高标准，使得设备厂商对制造商在产品定制化、面市周期以及总体成本方面提出更高需求，这些因素推动制造商提供更高性能、更突显功能安全以及更具成本优势的方案。因应这些复杂需求，FPGA方案开始逐渐进入传统MCU和DSP占主要份额的领域。
Altera亚太区工业市场开发经理江允贵介绍：“现在的制造商面临诸多挑战，需要专业应用软件和IP及灵活、成熟可靠的解决方案来帮助他们提升市场竞争力。与其它方案相比，FPGA能提供高性能和软硬件可编程能力，配置非常灵活。因此，为深耕工业应用，Altera推出电机控制、以太网 IP以及功能安全三大组合方案。”
Altera亚太区工业市场开发经理江允贵
基于Altera FPGA开发平台的电机控制参考设计
工业电机是这些需求的关键推动力量，每年工业领域64%的电能消耗来自于电机，优秀的电机驱动方案能帮助节省40%的能耗。
结合Altera的应用实例，江允贵认为目前FPGA适合应用于交流永磁电机控制，“因为交流永磁电机目前应用广泛，采用三相交流，控制难度相对较大，电机控制的关键环节是电流环的控制，如果厂商在电流采集环节需要精进，传统方法已经很难办到，必须借助FPGA，因此FPGA在这方面优势明显，另外，在直流电机市场，其控制相对简单，功耗低，传统方案已经成熟，FPGA在直流领域则优势不明显。”
Altera推出的电机控制平台采用Cyclone V SoC FPGA的硬件处理器子系统(HPS)，嵌入双核ARM Cortex-A9 MPCore处理器，江允贵表示：“该平台充分发挥了Altera Cyclone IV和Cyclone V FPGA中数字信号处理(DSP)硬件和软核嵌入式CPU的功能，可灵活的对硬件和软件进行最佳功能划分，帮助设计人员满足其特殊的最终应用性能需求。”
此平台采用单芯片方案，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，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。
关于采用ARM Cortex-A9通用平台进行产品开发，江允贵表示：“通用平台在产品设计和替代方面操作简便，可帮助建立强大的生态系统。” 关于这一点，他举例使用专有架构经历日本海啸缺货的厂商体会最明显。另外他表示，客户根据设计选择单芯片方案或者外围搭载MCU等器件。
FPGA集成多种工业以太网协议简化设计
工业以太网不但是链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，工业以太网协议标准众多，诸如POWERLINK、 EtherCAT、SERCOS III 、EPA、CC-Link IE等，这些标准基本由工业以太网应用中占主导几大公司所制订，并都拥有一定市场，这为设备制造商带来麻烦，需要支持拿到不同协议授权，产品要支持多个以太网，无形中增加了面市时间和成本预算。
为此，Altera在基于FPGA的虚拟ASSP中提供多种协议“开箱即用”解决方案，江允贵表示：“该方案在单片FPGA中集成多种工业以太网协议IP及Softing Gmbh专门针对Altera FPGA开发的软件堆栈，不需要前端许可费用和单片版税报告，同时可现场更新以支持今后的协议。”
“利用FPGA所具有的可编程能力能够迅速方便的支持不同的协议标准，”江允贵表示：“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。FPGA还能够用于实现各种工业自动化功能，例如，传感器接口、加速器和控制逻辑等。”
工业应用中常见的三类实时以太网(来源 Altera)
功能安全包降低设计风险，加速认证过程
功能安全的概念率先由欧洲提出，之前称为机器安全，随着机器在工业应用中的地位愈加重要，与“失效率”相关的功能安全逐渐受重视。因此，国家在功能安全方面也制订严苛的标准。
Altera 与全球安全和质量测试的独立组织TüV Rheinland莱茵集团合作，Cyclone IV FPGA通过了安全完整性等级3 (SIL3)认证。江允贵表示：“通过国家工业设备标准认证的周期一般为18-24个月，采用这一经过预测试的包，系统设计人员简化其认证过程，降低了设计总成本，确保他们的产品符合全球IEC61508标准。”
江允贵透露，上海三菱电梯公司最近已经采用Altera的功能安全包，用在现代自动扶梯和自动人行道项目上。今年上半年，在国内各地发生多起电扶梯事故后，国家就在电扶梯设备强制执行功能安全相关标准，自动扶梯需要符合中国最近制定的安全认证过程，GB16899标准。江允贵表示，Altera的功能安全包提供可靠的、经过预认证的开发过程，支持上海三菱公司大幅度缩短开发和认证时间，加速产品面市。