DSP在機(jī)器人行業(yè)應(yīng)該怎樣去應(yīng)對(duì)難關(guān)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）既然聊過(guò)了機(jī)器人應(yīng)用向的MCU和FPGA，那DSP也不能落下。面對(duì)來(lái)勢(shì)洶洶的FPGA以及尚穩(wěn)坐釣魚(yú)臺(tái)的MCU，DSP如何應(yīng)對(duì)顯得格外重要。為了不讓FPGA廠(chǎng)商通吃機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的大蛋糕，DSP必須正面正面應(yīng)對(duì)FPGA在機(jī)器視覺(jué)上的挑戰(zhàn)。

在上一期中已經(jīng)提到，F(xiàn)PGA廠(chǎng)商的策略是雖然我的處理效能上限不及你DSP，但是在拓展性上你也給我留了很大的操作空間。FPGA廠(chǎng)商試圖在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用上通過(guò)設(shè)計(jì)彈性淹沒(méi)DSP。至于和MCU的較量就沒(méi)有那么激烈，畢竟在不那么智能化的工業(yè)機(jī)器人里MCU肯定是最先考慮的選擇，DSP和MCU在控制上爭(zhēng)奪雖然有但還沒(méi)有那么激烈，可能日后當(dāng)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展到足夠智能時(shí)二者才會(huì)拉開(kāi)架勢(shì)正面對(duì)決。

面對(duì)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，DSP廠(chǎng)商為了在拓展性上奪回主動(dòng)權(quán)，就有了DSP配合各種通訊這一戰(zhàn)略，通過(guò)這種方法完善通訊較少的環(huán)境，提高機(jī)器設(shè)計(jì)靈活性。同時(shí)在機(jī)器人控制乃至工業(yè)控制領(lǐng)域，大量的生態(tài)、軟硬件支撐都是單DSP或者多核DSP的強(qiáng)勢(shì)點(diǎn)，DSP廠(chǎng)商定然會(huì)加以利用。

DSP視覺(jué)應(yīng)用彈性設(shè)計(jì)

DSP在性能及成本考量上在機(jī)器視覺(jué)的主、次系統(tǒng)中都較為適宜，不論是單顆DSP，抑或是內(nèi)嵌多核心DSP及中央處理器（CPU）的SoC方案。因?yàn)橄啾扔贑ortex-M4架構(gòu)內(nèi)建浮點(diǎn)運(yùn)算單元只能實(shí)現(xiàn)低階影像訊號(hào)處理，以及x86架構(gòu)下工控平臺(tái)的大功耗高成本，DSP在視覺(jué)應(yīng)用上的都是性能和成本的最佳選擇。

需要補(bǔ)強(qiáng)的地方則是如何覆蓋復(fù)雜的通訊協(xié)議這一被FPGA廠(chǎng)商利用的短板。從各廠(chǎng)商的應(yīng)對(duì)辦法來(lái)看，TI通過(guò)DSP整合PRU來(lái)完善可編程環(huán)境，補(bǔ)足處理器未能提供的通訊輸入/輸出接腳這一辦法效果很明顯。

PRU是一種集成在器件中的低延遲微控制器子系統(tǒng)。PRU內(nèi)核在確定性實(shí)時(shí)處理方面經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能夠直接訪(fǎng)問(wèn)I/O并滿(mǎn)足超低延遲要求。PRU的高彈性能讓終端產(chǎn)品中整合更多的通訊介面，更重要的是提高設(shè)計(jì)彈性，讓DSP在通訊介面的支援上媲美FPGA方案。

從面對(duì)高階機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的KeyStone系列可以看出DSP在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用上的強(qiáng)大。KeyStone架構(gòu)有多達(dá)八個(gè)TMS320C66x高性能DSP。66AK2H14 SoC 有8個(gè)TMS320C66x DSP內(nèi)核子系統(tǒng)，原始計(jì)算性能高達(dá) 38.4GMACS 和 19.2Gflops，同時(shí)兼具安全性、數(shù)據(jù)包處理和以太網(wǎng)交換功能，而且功耗低于多芯片解決方案。

在訊號(hào)分析和處理效能上，DSP的能力是不需質(zhì)疑的。制約它的就是能否在視覺(jué)應(yīng)用上盡可能多的支援各種工業(yè)用通訊，如EtherCAT、EtherNet/IP、CC-LinkIE等等。當(dāng)然DSP廠(chǎng)商還應(yīng)當(dāng)注意在支援盡可能多的通訊時(shí)，避免DSP尺寸過(guò)大功耗過(guò)高，當(dāng)然還有控制成本。在性能和通訊支援上面面俱到但是成本過(guò)高，機(jī)器人廠(chǎng)商依然是很難買(mǎi)賬的。

DSP智能運(yùn)動(dòng)控制

上面說(shuō)到目前DSP和MCU在運(yùn)動(dòng)控制上還沒(méi)有拉開(kāi)架勢(shì)大干一場(chǎng)。畢竟現(xiàn)在MCU控制下機(jī)器人已經(jīng)能勝任絕大多數(shù)任務(wù)。機(jī)器人的高效能智能運(yùn)動(dòng)雖然可以肯定是發(fā)展方向，但智能化說(shuō)了這么多年，在應(yīng)用上大規(guī)模鋪開(kāi)仍然還要很多個(gè)這么多年。

DSP跨足MCU的電機(jī)控制市場(chǎng)一般都選擇元件相容性較高的ARM架構(gòu)，這樣會(huì)更容易讓機(jī)器人控制開(kāi)發(fā)商接受。ARM的生態(tài)系統(tǒng)完整性其中的主要因素。其實(shí)用MCU結(jié)合DSP說(shuō)不定也是以后的選擇之一。

其中一例就是CM4xx混合信號(hào)控制處理器，ADI公司的ADSP-CM4xx混合信號(hào)控制處理器通過(guò)采用ARM-Cortex M4處理器內(nèi)核，集成高精度ADC切入高性能實(shí)時(shí)電機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。

ADSP-CM4xx混合信號(hào)控制處理器集成了雙通道精密16位ADC和一個(gè)Cortex-M4處理器內(nèi)核，浮點(diǎn)單元工作頻率最高達(dá)150 MHz，集成最高128kB SRAM存儲(chǔ)器、最高256kB閃存。

雙通道16位SAR ADC轉(zhuǎn)換速率達(dá)380ns，對(duì)電機(jī)控制來(lái)說(shuō)這樣的速率可以做到極高精度的閉環(huán)運(yùn)控。如果再內(nèi)置高級(jí)PWM，那么對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能又會(huì)有一個(gè)大提升。這種DSP處理核心和ADC支持下的控制效率，如果不是足夠智能的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)于很多成本敏感的應(yīng)用來(lái)說(shuō)還是太高端了。當(dāng)然DSP本就不打算在中低端場(chǎng)景去搶MCU的份額，它瞄準(zhǔn)的就是高端運(yùn)控場(chǎng)景。

寫(xiě)在最后

機(jī)器人市場(chǎng)的火熱讓三大廠(chǎng)商紛紛入局，MCU，F(xiàn)PGA和DSP廠(chǎng)商在運(yùn)控，視覺(jué)甚至是人機(jī)交互應(yīng)用上都針?shù)h相對(duì)，誰(shuí)也不愿意放棄這個(gè)藍(lán)海市場(chǎng)的份額。在任何一個(gè)細(xì)分的領(lǐng)域我們都無(wú)法判斷誰(shuí)將奪得主導(dǎo)權(quán)，這種動(dòng)態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)一直持續(xù)下去，誰(shuí)都想分個(gè)高低但誰(shuí)也無(wú)法定個(gè)高下。無(wú)論如何，在機(jī)器人行業(yè)，MCU，F(xiàn)PGA和DSP都有發(fā)揮他們特有的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)下去，融合下去，一直如此。

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