基于中科亿海的国产FPGA的运动控制加速卡：系统指令延迟小于100μs，同时实现各项数据完全同步

时间： 2024-04-25 来源：中科亿海微公众号

技术问答

现阶段，大部分的工业运动控制平台和数控运动中的控制中心为PC端控制器，通过PC端控制器控制伺服驱动器，从而实现机械系统中一个或多个坐标上的运动以及运动之间的协调，实现精确的位置控制、速度和加速度控制、转矩和力的控制等。同时，PC端控制器还需要控制其他传感器或运动单元。这种PC端控制器直接控制上述设备的方案，存在效率低、难以做到指令发送或接收的同步处理、延时较大、采集的数据无法做到准确同步等问题。因此需要简化PC端控制器的数据通信量、降低指令延迟、提升控制效率，同时需要获取同步后的数据。

中科亿海微研制的FPGA运动控制加速卡主要完成PC端与伺服驱动器、相机、压力及柔性传感器等模块之间的数据通信、数据融合与数据监测。FPGA运动控制加速卡将复杂的控制卸载到FPGA中实现，简化了PC端控制器的控制流程，极大地减小了数据链路通信时间消耗。同时FPGA将同步后的数据发送到PC处理，使得数据处理流程更合理。

图基于FPGA的运动控制加速方案系统构成框图

基于FPGA的运动控制加速方案主要由两块板卡构成：以EQ6HL130为核心的同步采集板、以EQ6HL9为核心的柔性传感器采集板。

以EQ6HL130为核心的同步采集板控制伺服驱动器，产生驱动控制伺服电机的指令，同时接收其应答指令，将指令解析处理后结果传输给PC端控制器作进一步操作；接收柔性传感器采集器采集的数据，解析后传输给控制器；接收压力传感器的数据，解析后传输给控制器。对所有接收数据打上时间戳，便于后续使用。

以EQ6HL9为核心的柔性传感器采集板通过AD采集柔性传感器的数据并组帧传输给同步采集板控制；将采集数据转换为压力值显示到显示屏上。

图 FPGA运动控制加速卡

经测试，PC端控制器方案的系统指令延迟大于50ms。基于FPGA的运动控制加速方案的系统指令延迟小于100μs，同时伺服电机应答数据、多传感器数据、相机数据能做到完全同步，更具使用意义。

推荐器件（亿海神针®系列EQ6HL130型、EQ6HL9型）

1、EQ6HL130型FPGA

●逻辑规模（万门）：1360；

●存储单元（M4K）：1200；

●锁相环PLL/全局时钟：8/16；

●最大可编程用户I/O：498；

●最宽温度范围：-55℃~125℃；

●封装形式：CSG484/FGG676。

2、EQ6HL9型FPGA

●逻辑规模（万门）：86；

●存储单元（M4K）：64；

●锁相环PLL/全局时钟：2/16；

●最大可编程用户I/O：202；

●最宽温度范围：-40℃~100℃；

●封装形式：TQG144/CSG225/FTG256/CSG324。

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