挟高效能优势　FPGA满足机器手臂多轴化设计

赛灵思亚太区Zynq业务开发经理罗霖认为，机器手臂多轴化后的系统开发挑战，让高效能、高灵活性与扩展性的FPGA优势展露无遗。

赛灵思(Xilinx)亚太区Zynq业务开发经理罗霖表示，因应工厂产线精密化，目前生产线上的机器手臂有朝向多轴化发展的趋势，这是为了让机器手臂能完全替代人类手臂，以执行多种精密、复杂的拟人动作，如此一来还可将过去须要透过多道不同运动控制(Motion Control)类型的机器手臂产线转为合并成单一产线，降低生产成本及提高工厂作业效率。

为了迎合机器手臂的多轴化发展趋势，机器手臂内建的马达数量及轴数都必须增加，当其中一个马达轴旋转到特定角度时，与其同处一个连动系统的马达轴也须旋转至相应的正确角度，且不同系统之间的搭配协调也至关重要；因此罗霖指出，相较于只能在单一节点上运作的微控制器(MCU)，FPGA的扩展性及运作效能将更能应付设计日趋复杂的多轴马达运算需求。

罗霖进一步分析，FPGA在同一机器手臂内，针对低、中、高阶内部系统皆能提供开发商一致的扩展性和灵活性；如开发商可选择在各个分散式控制的小型节点中都内建FPGA，也可选择在大型节点中置入效能更为强大的FPGA系统单晶片(SoC)，以单一颗FPGA SoC就能完成机器手臂整体的多轴马达控制。

以马达控制的核心--电流环为例，若以低阶的DSP来做为马达控制核心，则系统平均约须200微秒(μs)来启动电流环运作；若是透过FPGA则仅须耗时约50微秒，可大幅降低马达反应时间及提高运作速度。罗霖强调，透过FPGA控制可将电流环的驱动反应时间缩短，加快系统运作速度，此将更有利于多轴马达的操作。

另一方面，目前工控领域各种标准及协定百家争鸣，且仍持续汰换升级，因此一般的特定应用积体电路(ASIC)及特定应用标准产品(ASSP)将难以提供系统商灵活的开发平台；反之，FPGA则能为系统开发商提供高弹性、高扩展性的开发环境。

值得注意的是，近来FPGA元件商积极发展的FPGA SoC产品，也在工控领域大有斩获。由于工业领域具有垂直封闭的特色，各种协定、软体支援常常互不相容，此时，单纯的硬体整合方案，如FPGA SoC，对于工业领域的系统开发商来说反而极具优势。因此，赛灵思也将其打造的All Programmable Zynq-7000 SoC视为进军工业智慧自动化领域的重要武器。

赛灵思日前更于2014年嵌入式电子与工业电脑应用展(Embedded World)中，为其FPGA SoC下一代产品线--Zynq UltraScale MPSoC，发布新一代采用台积电16奈米鳍式场效电晶体(FinFET)制程的UltraScale多元处理(Multi-Processing, MP)架构。

据了解，赛灵思All Programmable MPSoC架构可为处理器提供32到64位元的扩充能力，并可支援虚拟化，结合软硬体引擎进行即时控制和图像/影像处理、波形与封包处理、新一代的一致性互联和记忆体、高阶电源管理，以及可提供多层防护、安全性和可靠度的加强技术。