确定性计算

适用于确定性计算的英特尔® FPGA

英特尔® FPGA 和 SoC FPGA 助力高效设计电机控制

电机和驱动器为无数的工业流程提供动力,包括生产、装配、包装、机器人、计算机数控 (CNC)、机器工具、泵和工业风机。这些电机驱动的系统占据工业能耗的 2/3 以上,因此节能运行对于工厂利润至关重要。

使用英特尔® FPGA 和 SoC FPGA 设计电机控制和运动控制系统可通过以下优势显著降低总体拥有成本:

  • 系统集成: 在单台设备上集成工业网络、功能安全、编码器、功率级接口和数字信号处理 (DSP) 控制算法,解决了物料清单 (BOM) 成本、能耗和可靠性方面的挑战。
  • 可扩展的性能: 在整个产品线上使用单个可扩展平台。借助更快速、更高级的确定性控制回路提升性能。
  • 功能安全: 减少达到合规性标准所需的时间和精力。英特尔是首家获得机械指令安全标准 IEC 61508 设备和工具认证的 FPGA 供应商。

基于英特尔® SoC FPGA 的 PLC

可编程逻辑控制器 (PLC) 是工厂控制网络的核心。它们围绕应用处理器进行配置,这些处理器运行工厂控制软件以及所有主机通信协议堆栈。除了处理器,PLC 架构需要支持多种专用外设、背板和通常采用 FPGA 实施的其他自定义接口。英特尔® SoC FPGA 提供了独特的平台,让您可在一台设备中同时实施应用处理器和 FPGA,以节省系统功耗、成本和主板空间。

英特尔® SoC FPGA 对 PLC 的实施:

  • 通过 SoC 的双核 ARM* Cortex*-A9 处理器,以同步多处理 (SMP) 或异步多处理 AMP 模式运行 PLC 应用软件、以太网主协议堆栈和运动控制软件。
  • 使用 SoC 的硬件处理器系统 (HPS) 实施 PLC 系统处理器所需的大部分外设,包括 USB、控制器局域网络 (CAN)、以太网、计时器和异步收发传输器 (UART)。
  • 使用 FPGA 结构实施专用外设,比如多端口以太网交换机和 TCP/IP 卸载。
  • 在 FPGA 结构中实施人机界面 (HMI)。
  • 在通过 OPC 统一架构 (OPC-UA) 连接至企业的 SoC 上实施物联网云服务器。
  • 在 FPGA 结构中实施面向 OpenSSL 的加密加速引擎。

视频

V-Sync 实现自动售货机电机控制

V-Sync 使用具有实时响应和控制功能的英特尔® FPGA,在其自动售货机中实现了 12 个 I2C 端口的电机控制。

IP 核心与合作伙伴

可编程逻辑控制器

英特尔与 Exor、GmbH 和 Silex Insight 合作构建面向物联网 (IoT) 和工业 4.0 的英特尔可编程逻辑控制器 (PLC) 解决方案,包含采用安全企业云连接和人机界面 (HMI) 的单芯片高端 PLC 实施。这些片上 PLC 解决方案支持全触摸屏 HMI、通过 OPC-UA 实现的企业应用集成和硬件中的安全套接层 (SSL) 加密。相比基于处理器的加密,这些解决方案可将性能提升高达 4 倍,显著提升安全 M2M 和企业通信的带宽利用率,而其微型模块系统 (microSOM) 的尺寸却比信用卡的一半还要小。

Cyclone® V SoC FPGA 配备现成的 microSOM 和评估设计,是面向生产速度更快的工业 4.0 开发 PLC 的理想平台。

为了加速开发,英特尔与以下行业领导者合作:

  • PLC 软件:3S-Smart Software Solutions 有限公司、CODESYS 的开发商(一家领先的 PLC 软件开发商)。
  • HMI 软件:HMI 开发领域的领导者 EXOR International。
  • 安全 IP、引导、启动:安全和加密 IP 领域的领导者 Silex Insight。

人机界面

如今的 PLC 设计普遍采用包含 3D 图形用户界面 (GUI) 的各种人机界面 (HMI) 并配备触摸屏,便于操作和维护、培训操作人员,以及确保信息可用性和安全性。

英特尔 HMI 解决方案利用 FPGA 结构,将 HMI 集成到 PLC 所在的 SoC,使硬核处理器系统从与 HMI 相关的图形计算中解放出来。

由 Exor International 面向 Cyclone® V SoC 设备提供的 JMobile Studio Graphics Editor 直接与 3S Software GmbH 提供的 CODESYS PLC* 集成,提供了可支持拖放 HMI 的丰富的符号库,构建了可生动表达信息的有效图形界面,进而支持使用集成的 CODESYS PLC* 和 HMI 轻松开发流程控制应用。

安全性

数据通信端点(从个人电话和传感器直至工业电力和制造设备)不能受到恶意命令和数据的侵害。英特尔® FPGA 提供硬件命令/控制逻辑,本质上要比经常更新的软件安全得多,在硬核和软核逻辑中提供了多种强有力的认证功能。强化的认证对于远程攻击有很强的防范能力,而软逻辑认证可以通过结合无尽冗余和故障安全技术来实现,从而满足任何级别的终端安全要求。

Silex Insight 等英特尔合作伙伴提供的易于集成的安全和加密 IP 核心可为您的 PLC 应用内置安全性。基于 FPGA 架构的实施方法提供高性能和增强的安全性,同时可扩展的 IP 内核空间支持量身定制,以满足相应的需求。

面向 Cyclone® V SoC FPGA 设备的 Silex Insight 安全 SoC 解决方案提供:

  • 适用于自定义操作系统或裸机编程的应用程序接口 API。
  • Linux 内核驱动程序。
  • OpenSSL 集成。
  • 硬件加速。
  • 对称:高级加密标准 (AES)、安全哈希算法 (SHA)、数据加密标准 (DES)。
  • 公钥:RSA、ECC。
  • 真实随机生成器。
  • 易于集成的 AXI* 接口。

电机控制

不同于基于 ASIC、ASSP、微控制器和 DSP 设备的传统电机控制驱动器设计,基于单个英特尔® FPGA 平台的驱动器系统提供了一个满足多样化驱动器需求的可扩展平台。

英特尔® FPGA 片上驱动器示例设计包括 FPGA 系统设计、嵌入式 C 软件库、FPGA 知识产权 (IP) 核和 Tandem Motion-Power 48 V 电机控制和功率转换套件。它支持在单个 FPGA 或 FPGA SoC 中开发完整的多轴电机控制和功率转换系统。

该设计支持使用英特尔® FPGA Platform Designer、软 Nios 或 ARM 硬处理器上的 C/C++或 Simulink(使用英特尔® FPGA DSP Builder Simulink 模块集或 MathWorks HDL Coder)的高级设计输入。

电机控制的功率转换

英特尔还提供用于实施灵活功率转换算法的 IP,以及包含电流和电压控制回路的 2 相双向 DC-DC 转换器。英特尔使用面向英特尔® FPGA 的 DSP Builder 开发了 FPGA IP。

开发套件

Tandem Motion Power

Cyclone® V SoC FPGA 开发套件、Terasic SoC 开发套件和英特尔® MAX® 10 FPGA 开发套件支持片上驱动器电机控制参考设计。运行于 FPGA 主机板上的设计通过高速夹层卡(HSMC)接口连接双轴 Tandem Motion Power 48 V 主板。

类型

套件/主板说明

提供商

FPGA 主机控制主板

英特尔® MAX®10 FPGA 开发套件

英特尔

FPGA 主机控制主板

Cyclone® V SoC 开发套件

英特尔

电机控制电源板选项

(通过 HSMC 连接 FPGA 控制板)

Tandem Motion Power 48 V 主板

Terasic

DC-DC 转换器

英特尔® MAX®10 FPGA 开发套件

英特尔

资源