总线控制与运控芯片的结合

电子发烧友网报道（文/李宁远）在现在的运控领域，总线技术与驱动二者相辅相成，而在传统运动控制系统中，控制方法是较为单一的。一般以脉冲或者模拟量作为控制信号，将控制信号发送到电机驱动器中然后由电机驱动器驱动电机运行。这种模式下，上位机与电机驱动器通过大量的模拟量IO连接，接线数量较多，布线较为耗时。
 
随着总线技术的发展，运控厂家将总线技术应用运动控制器中，上位机通过总线将运动参数传送至电机驱动器，再由电机驱动器驱动电机运行。在总线运控系统中，上位机的总线通讯接口可以通过线性拓扑方式连接多个支持总线通讯的电机驱动器，这样一来大大减少了需要接线的数量以及布线所需的时间。
 
运控芯片的总线配置
 
我们知道在总线通讯模式下，通讯方式为数字式通信，可以不用考虑信号漂移问题，不像中脉冲信号和模拟量信号受到电磁干扰会导致信号失真。因此在高端运控领域，可以看到很多总线主站从站的设备产品，以及支持各种总线的芯片载体。
 
对于运控芯片的选择，芯片本身性能的高低已经不是单一的决定因素，功能拓展的难易度、工业通信能力的强弱以及整机成本的高低都影响着厂商对于芯片的选型。从工业通信角度来看，目前运控芯片里常见的总线技术有EhertCAT，RTEX，CC-Link，CANopen等等，这些总线技术都有着较为稳定的客户群。
 
首先自然是EtherCAT，现在发展最迅速规模最广泛的总线技术。对于多轴应用，EtherCAT工业总线肯定是最吃香的，在同步控制实时数据传输上采用分布式时钟的EtherCAT的确有着明显的优化效果。
 
松下RTEX的高速低成本优势在总线技术里也是较为突出的，其高响应带宽在面向高速度与高精度的运动控制场景，极大缩短系统响应时间，提高设备效率；老牌总线CANopen较高的通讯性能和优化的电磁兼容性，日至今日仍有很多用例；CC-Link作为三菱电机主推的开放式现场总线在总线驱控领域也有着巨大的影响力。
 
将运控总线搭载在芯片上作为设备设计的一部分已经是很常见的做法，这对下游设备厂商来说比单单增强芯片性能更具有吸引力。
 
提高通讯能力的运控芯片
 
单芯片依然是国内做运动驱动很常见的方案，如瑞萨的RX72M加上EtherCAT的单芯片解决方案就是不少国内设备厂商常用的选择。RX72M在内核性能上做了增强，但更吸引人的是瑞萨的这种设计方案考虑到总线通信功能，减去了设计者需要自己外加从站控制芯片的步骤，将从控制器集成到了MCU上，实现了需要在单个芯片上使用专用控制器的系统配置，从而有助于减少零件数量并节省空间。

RX72M，瑞萨

 
MCU有不少加总线的做法，而FPGA与生俱来的可编程优势使其能支援多种工业通讯协议，本身就是用来扩充通讯的很好的选择。就以大家熟知的AMD XILINX的ZYNQ-7000为例，就能提供EtherCAT的主从套件、安川Mechatrolink III的主从套件、CC-Link IE的从站套件等各种协议支持套件。FPGA提供的硬件加速不仅可满足最严格的实时性及时延性要求，而且还可轻松跟进标准的演进。
 

XILINX

 
国产运控协议与芯片的结合
 
使用国外的芯片载体已经是大家习以为常的做法，但是这种有限的总线授权模式，让人不禁疑问真的能够充分保障供应安全吗？
 
近期，国产FPGA公司易灵思在Trion T13F256 FPGA上搭载了固高高端运动控制网络总线—gLink-II协议簇，在高端运控领域做了一次芯片和总线的全国产化结合验证。在全自主可控的情况下，二者的结合既保证了运控系统的高速实时响应和大数据传输，又大大提高了通信的可靠性。
 

Trion，易灵思

 
gLink-II总线技术以千兆以太网、高通信带宽进行高速控制，采用环形冗余拓扑结构，实现数据冗余和链路冗余，能实现多周期通信。Trion T13F256则是易灵思采用Quantum架构的40nm大密度的FPGA系列，其超低功耗特性在FPGA行业首屈一指。二者的结合的愿景就是为国产运动控制设备保驾护航。据悉，易灵思的40nm Trion系列FPGA已在固高多项运动控制产品中批量使用。
 
小结
 
很多运控芯片都开始在总线协议的基础设施建设上花更多心思，对于通讯协议复杂的运控应用来说这样的设计可以减少很多麻烦。而且伴随工业4.0下自动化设备的快速演进，从总线到芯片的全自主可控也将越来越重要。