測(cè)試與測(cè)量 | 瑞蘇盈科FPGA核心板在實(shí)時(shí)仿真與測(cè)試（HIL）中的應(yīng)用

從電動(dòng)汽車、航空航天到工業(yè)機(jī)械和可再生能源發(fā)電，電力電子技術(shù)對(duì)廣泛的現(xiàn)代應(yīng)用至關(guān)重要。在所有這些應(yīng)用中，電力電子技術(shù)都被用來控制電力的電壓、電流和頻率，或在交流電和直流電之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

電力電子解決方案的開發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證極具挑戰(zhàn)性。現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)在高開關(guān)頻率下運(yùn)行，許多元件會(huì)給系統(tǒng)帶來非線性。此外，系統(tǒng)的正常運(yùn)行取決于電路和控制（以及其他物理域，如機(jī)械域）之間的相互作用，因此系統(tǒng)必須作為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。

Plexim

Plexim公司總部位于瑞士蘇黎世，其使命是為電氣工程師提供可靠的工具，以應(yīng)對(duì)他們?cè)诖祟悘?fù)雜電力電子系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證過程中所面臨的挑戰(zhàn)。自 2002 年首次發(fā)布以來，Plexim的PLECS電路模擬器已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界復(fù)雜電氣系統(tǒng)建模和模擬的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

Plexim借助RT Boxes（RT Box CE、RT Box 1、RT Box 2 和 RT Box 3）還為硬件在環(huán)和快速控制原型開發(fā)應(yīng)用提供了緊湊、功能強(qiáng)大的設(shè)備。電力電子工程師可以輕松地將使用PLECS電路模擬器設(shè)計(jì)的離線模型轉(zhuǎn)換為在線實(shí)時(shí)模擬，并提供完整的模擬和數(shù)字輸入/輸出。RT Box在Enclustra SoM（模塊化系統(tǒng)）模塊上運(yùn)行，具有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CPU內(nèi)核和一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)。

客戶面臨的挑戰(zhàn)

Plexim在開發(fā)RT Box時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)是如何為實(shí)時(shí)運(yùn)行模擬提供足夠的性能。在HiL（硬件在環(huán)測(cè)試）中，電力電子控制器被連接到實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，RT Box必須捕獲時(shí)間延遲約為7ns的PWM信號(hào)。從一開始，要滿足I/O的低延遲要求并實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的周期時(shí)間，顯然需要將FPGA與標(biāo)準(zhǔn)CPU緊密集成。

多個(gè)RT端子盒可通過高速雙向鏈路連接在一起

以滿足更大、更復(fù)雜系統(tǒng)的要求

Plexim公司的工程師希望將重點(diǎn)放在開發(fā)過程中他們能夠增加最大價(jià)值的方面，即開發(fā)外圍電子設(shè)備。他們沒有重新制造和自己設(shè)計(jì)板載FPGA，而是開始尋找將FPGA與標(biāo)準(zhǔn)CPU以及他們所需的所有外設(shè)結(jié)合在一起的商用模塊，以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

解決方案

他們?cè)贓nclustra的Mercury ZX5 SoM（系統(tǒng)級(jí)模塊）中找到了第一款產(chǎn)品RT Box 1所需的性能。Enclustra提供的模塊不僅方便，而且結(jié)構(gòu)緊湊，能夠提供足夠數(shù)量的超低延遲I/O，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的周期時(shí)間。RT Box 1中使用的Mercury ZX5采用AMD Xilinx Zynq 7015/7030 SoC器件，配備ARM雙核Cortex-A9處理器和AMD Xilinx Artix-7/Kintex-7 28nm FPGA結(jié)構(gòu)。

水星Mercury ZX5核心板

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Plexim進(jìn)一步開發(fā)了RT Box 2和RT Box 3，以滿足客戶更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用需求。對(duì)于這些版本，他們選擇了Enclustra的Mercury+ XU1 SoM（系統(tǒng)級(jí)模塊）。Mercury+ XU1以AMD Xilinx的Zynq Ultrascale+ MPSoC為基礎(chǔ)，配備了ARM雙核/四核Cortex-A53處理器和16納米FinFET+ FPGA結(jié)構(gòu)。Mercury+ XU1模塊提高了性能，使RT Box 3為用戶提供的I/O數(shù)量是RT Box 2的兩倍。

水星Mercury+ XU1核心板

來自客戶的肯定

"Enclustra的SoM解決方案為我們的應(yīng)用提供了適量的外設(shè)，并配備了符合我們需求的SoC類型。通過從Enclustra采購(gòu)SoM，我們能夠?qū)⒔鉀Q方案的上市時(shí)間縮短一年左右。在交貨期長(zhǎng)達(dá) 72 周的時(shí)代，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。"

Plexim首席執(zhí)行官Jost Allmeling表示