旋智即将推出多核心处理器!助力实现高性能电机控制产品

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随着产业装备更新、汽车电子、新型空调热泵、工业控制等新兴应用需求的发展,电机控制芯片市场正经历快速增长,特别是对高能效、高性能电机控制处理器的需求急速上升。其中,国产替代空间巨大,亟待提升渗透率。

电机控制应用软件通常需要实时处理,以确保精确控制和快速响应。高性能、多核嵌入式处理器能够实时处理多项复杂计算,是保持电机控制系统稳定性和准确性的关键。

旋智即将推出用于变频器、伺服设计的多核心处理器、电机控制计算单元

新一代电机控制:算法复杂、高精度、多任务处理

先进的电机控制技术,如磁场定向控制(FOC)和无传感器控制,涉及复杂的数学计算。高性能嵌入式处理器具有执行这些算法的计算能力,确保电机运行平稳、精确、高效。同时,新一代电机控制系统通常还需要同时管理多个任务,如监控传感器输入、执行系统控制策略(例如运动控制、HVAC温度、压力控制等)或与其他设备实时通信(如EtherNET/IP, ProfiNET,EtherCAT,TSN等)。具有多核架构的高性能嵌入式处理器,可以同时处理这些任务,提高整体系统性能和响应速度。

电机与高级功能的集成

新一代电机控制还将集成更多高级功能,如机器学习、预测性维护(Predictive Maintenance)和条件监控(Condition based Monitoring)。这些功能可以增强电机控制系统的功能和可靠性,为最终用户提供额外的价值。多核架构处理器可以提供灵活独立的算力给这些附加服务。

多核心嵌入式处理器的性能

多核处理器允许并行处理,可显著提高性能,而不会成比例地增加功耗。近年来,开源架构如RISC-V的出现,也进一步加速了多核处理器的发展,使其在各种应用中更易于获取和定制,更好地适应高级电机控制方案的设计和定制需求,

为什么提高核心频率比增加更多核心更困难?

嵌入式设计要实现更高处理能力,之所以考虑采用多核心处理器,是因为提高单核处理器的核心频率面临较高的技术挑战。更高的频率会导致功耗和热量增加,从而引发热管理问题,频率扩展的收益递减(称为Power Wall问题)。使得继续提高频率的效率降低。相比之下,增加更多核心、允许并行处理,将软件负荷分配到多个核心上,从而在不增加热量和功耗的情况下提高整体性能的办法更为有效。

同构和异构多核处理器在电机控制应用中的应用

多核心MCU可分为同构多核处理器和异构多核处理器,前者由具有相同架构和能力的核心组成(例如多个一样规格的ARM内核或RISC-V内核),后者则由具有不同架构和能力的核心组成(例如ARM+DSP,或者ARM+FPGA组合)。

同构多核处理器由具有相同架构和能力的核心组成。这种一致性简化了软件开发和负荷平衡,使任务更容易均匀分配到所有核心上。同构多核系统特别适用于需要一致性能和实时处理的应用,如多旋翼无人机,机器人等,在同一片MCU上,实现多个电机控制。

异构多核处理器则由具有不同架构和能力的核心组成。这些系统可以通过将特定任务分配给最合适的核心来优化性能。例如,异构系统可能使用高性能核心进行复杂计算,而使用节能核心处理简单任务。这种方法可以提高整体系统效率和灵活性,适用于具有多样化处理需求的应用,例如:用户界面LCD+电机控制。

同构多核架构在工业嵌入式电机控制MCU设计中具有一些优势:

  • 简化软件开发:由于同构核心,任何核心都可以运行相同的软件,简化了开发和调试过程。这种一致性降低了软件设计和维护的复杂性。例如,全部使用ARM或RISC-V内核,所有开发都可以基于C语言;而异构的处理器例如ARM+FPGA,则需要同时使用C语言及HDL设计工具,开发成本较高,并对工程师能力有更多要求。

  • 负载平衡:同构多核系统可以高效地将任务分配到所有核心上,确保工作负载均衡和处理能力的最佳利用。这对于需要一致性能的多个实时电机控制应用特别有利,例如双轴、三轴伺服、多轮AGV小车、3D打印机应用等。

  • 成本效益:使用相同的核心设计可以降低芯片制造成本,因为可以多次复制相同的核心设计。这种一致性也简化了芯片测试和验证过程。

旋智的多核心处理器、电机控制计算单元

旋智即将推出具备4~8核的高性能SPC系列MCU,以及配套的SPCore系列电机控制SoM(System-on-Module)设计,配备512k~32M byte的RAM,多路高速ADC接口,多路Sigma-Delta接口,EtherCAT连接能力,以及高速以太网接口,主要用于工业变频器、伺服控制、高性能三相AC/DC,DC/AC储能、光伏变换器等应用。

旋智的多核心处理器软件支持

基于公司国内领先的MBD成熟设计技术方案及服务支持能力,旋智也将推出用于多核心处理器的MBD仿真模型、自动代码生成模型、多核心多任务通讯控制技术、SoM设计板级驱动软件支持包BSP(Board Support Package),方便用户上手大规模、多核心嵌入式软件的设计开发及调试。

旋智科技前身为美国仙童半导体公司的电机产品线事业部,于2014年底通过管理层收购方式剥离并独立运营,公司专注于高集成度电机控制芯片及先进核心算法的研发。创始核心团队成员来自美国硅谷,在世界顶级半导体企业有着多年的研发、市场和管理经验。独立以来,旋智已经成功量产3代电机控制芯片,并大批量应用于消费类,白色家电和工业控制等领域。

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