【自適應計算在機器人領域的應用】連載四：如何理解面向機器人的“軟件定義硬件”

　　作者： Víctor Mayoral-Vilches 和 Giulio Corradi，賽靈思公司

　　連載四：如何理解面向機器人的“軟件定義硬件”

　　術語“軟件定義硬件software-defined hardware o”往往指將應用映射至 FPGA，從而通過軟件創(chuàng)建運行時可重配置硬件。軟件定義硬件旨在實現(xiàn)特定算法或計算的運行時效率最大化，是基于固定的馮諾依曼計算架構的 CPU 和 GPU或是成本高、同樣功能不可變的 ASIC 的替代產(chǎn)品。因此，面向機器人的軟件定義硬件，應被理解成能夠通過軟件重新編程和適配的運行時可重配置機器人硬件。。

　　傳統(tǒng)的機器人軟件編程是在預定義的架構和約束條件下，在給定機器人的 CPU 中進行功能編程。正如前文所述，一旦機器人遇到適配需求，就會導致復雜的系統(tǒng)集成操作。然而如果使用 FPGA，構建機器人的行為就是為解決任務的架構編程。機器人架構師可以純粹從軟件創(chuàng)建自己的硬件設計，并可以通過各種平臺完成交付，如圖 1 所示。

　　圖1： 賽靈思自適應計算解決方案

　　對于機器人專家來說，有三種與 FPGA 技術交互的途徑。首先是芯片級入手（ chip-down）的方法（圖 1a），既將片上系統(tǒng) （SoC） 集成到定制設計的 PCB 中，以滿足應用需求。這種方法最適合機器人制造商，是大批量和成本優(yōu)化型批量的理想選擇。第二種方法是采用系統(tǒng)模塊 （SOM）（圖 1b），將預裝配電路板插入定制的承載電路板。SOM 幫助硬件工程師加快產(chǎn)品開發(fā)速度，將他們從計算平臺上解放出來，把精力集中在更有價值的創(chuàng)新上。第三種方法是采用已經(jīng)集成大量外設的完全裝配好的電路板（圖 1c）。對于高計算強度的運算而言，可直接插入工作站的完整電路板代表了最佳的權衡取舍。

　　要點總結：傳統(tǒng)的機器人軟件編程是在預定義的架構和約束條件下，在給定機器人的 CPU 中進行功能編程。而采用自適應計算后，構建機器人行為則是對架構的編程。