國產(chǎn)機器人主控芯片（二）：高性能內(nèi)核助力工業(yè)機器人協(xié)作升級

國產(chǎn)機器人主控芯片在“國產(chǎn)替代”的浪潮中以更低的價格和毫不遜色的性能逐漸取得了國內(nèi)機器人廠商的青睞。這一期我們繼續(xù)將目光聚焦在國產(chǎn)廠商，看看在機器人主控芯片國產(chǎn)替代浪潮中還有哪些不得不看的系列。

航順HK32

航順的產(chǎn)品組以ARM Cortex-M0/M3/M4為主，以M0、M3的主流型經(jīng)濟型產(chǎn)品居多。在高性能應(yīng)用端，HK32F39A系列搭配協(xié)處理器在工業(yè)機器人應(yīng)用上還是很好用的。

（圖源：航順）

HK32F39A系列使用高性能的ARM Cortex-M3內(nèi)核，主頻最高為120 MHz。但是這個系列遠遠不止M3內(nèi)核的性能，HK32F39A系列內(nèi)置了航順自主研發(fā)的協(xié)處理器，可實現(xiàn)ARM Cortex-M4內(nèi)核支持的算術(shù)指令中的絕大部分，其中包括32位單精度浮點運算，因此不妨把它當作M4內(nèi)核的主控芯片來看。據(jù)悉與一些知名M4系列芯片相比，在同一軟件同一主頻下，相同的CoreMark測試跑分這個系列能跑很高的分數(shù)。

大存儲外掛是這個系列的另一大特色，527 KB Flash、97 KB SRAM和512 Byte VBAT備份SRAM的容量已經(jīng)不小，還可以通過FSMC模塊外掛最多1 GB容量的外部靜態(tài)存儲器，這些外掛的大存儲還是安全加密的。內(nèi)核強勁，存儲也有足夠的空間似乎還不夠，為了適配工業(yè)機器人應(yīng)用，豐富的外設(shè)配置也不能少。

在片內(nèi)模擬外設(shè)上，HK32F39A系列就配置了3個12位ADC、2個12位DAC以及1個溫度傳感器等等。針對電機控制與機器人應(yīng)用， 還內(nèi)置了2個高級16位定時器，一共8路PWM輸出其中6路帶死區(qū)互補，另外2個高級定時器與內(nèi)置的4路電壓比較器片內(nèi)互連，能夠極大節(jié)省電機中板級電壓比較器及相關(guān)電路。

ChipON KF32

ChipON的產(chǎn)品組在電機控制上下了很大功夫，不管是對無感FOC的優(yōu)化，還是為低主頻的芯片加入運算硬件加速單元。精于控制的ChipON產(chǎn)品系列在應(yīng)對機器人主控方面表現(xiàn)一直都不錯。

（圖源：ChipON）

ChipON 32位混合指令集的自主IP內(nèi)核系列，從48MHz到120MHz都能應(yīng)用到工業(yè)機器人上。最高主頻的KF32L530有基于16位/32位混合指令的高效指令集，最高擁有帶ECC校驗的512KB FLASH和128KB的RAM（支持RUN in RAM）。

強大的內(nèi)核可以支持在沒有任何硬件算法加速的情況下實現(xiàn)無感FOC大于240000RPM的電轉(zhuǎn)速。同時，KF32L530可配置DSP核、協(xié)處理器以及FPU核，將運算能力推向極致。在解決算力要求后，KF32L530在PWM配置上也給出了最多2組的ECCP方案，16 bit PWM最高分辨率8.3ns（@120MHz）。最多2個獨立ECCP模塊，每個4x2通道，支持獨立和互補輸出擁有3+1個獨立死區(qū)補償。KF32L530還能配置最多3個獨立ADC，在豐富的ADC觸發(fā)采樣功能基礎(chǔ)上，額外再提供2個獨立的ADC觸發(fā)采樣時間寄存器。

除了對控制的細心打磨，KF32L530提供了大量的通信接口，包括CAN、LIN、SPI、I2C、USART和EXIC，所以不用擔心在復(fù)雜工業(yè)通信場景的應(yīng)用。

極海半導(dǎo)體APM32F

APM32工業(yè)級芯片的高ESD等級和高溫度覆蓋范圍一直是其特長，8KV的抗干擾能力能夠大幅提高電機系統(tǒng)的靜電防護能力。

（圖源：極海）

APM32應(yīng)用在機器人關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)最多的是APM32F407系列。APM32F407系列基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，可以支持單精度FPU和增強型DSP處理指令。主頻最高168MHz，擁有1MB的FLASH和192的SRAM，同樣支持外部存儲器拓展。

APM32F407系列微控制器實現(xiàn)了一個特殊的機制，就是可以通過配置BOOT[1:0]引腳實現(xiàn)三種不同的啟動模式，系統(tǒng)不僅僅可以從Flash存儲器或系統(tǒng)存儲器啟動，還可以從內(nèi)置SRAM啟動，被選作啟動區(qū)域的存儲器是由選擇的啟動模式?jīng)Q定。

基于APM32F407系列給出的機器人伺服方案可以將電機、驅(qū)動器和減速機進行一體化設(shè)計，這樣功率密度會比分立式更高；APM32F407系列除了內(nèi)核擁有DSP和FPU高性能處理能力，還給出了支持SDRAM等多種外設(shè)接口，對于工業(yè)機器人豐富的外設(shè)完成覆蓋；為了將位置控制做到更精確，磁性編碼器代替了光電編碼器實現(xiàn)位置反饋；最后一點則是使用了CAN總線實現(xiàn)電機控制指令傳輸，兼顧穩(wěn)定和高效率。

小結(jié)

在小型的工業(yè)機器人中，如果主控芯片只需要完成關(guān)節(jié)的控制不涉及復(fù)雜的高算力應(yīng)用，機器人廠商為了攤薄成本選擇ARM Cortex-M0內(nèi)核為主控芯片就足矣。但隨著工業(yè)機器人的發(fā)展，更復(fù)雜的感知側(cè)執(zhí)行側(cè)要求主控芯片性能越來越高，各個半導(dǎo)體廠商也相繼推出M4、M7內(nèi)核的機器人芯片以適應(yīng)機器人智能化發(fā)展。