總線控制與運控芯片的結合

電子發燒友網報道（文/李寧遠）在現在的運控領域，總線技術與驅動二者相輔相成，而在傳統運動控制系統中，控制方法是較為單一的。一般以脈沖或者模擬量作為控制信號，將控制信號發送到電機驅動器中然后由電機驅動器驅動電機運行。這種模式下，上位機與電機驅動器通過大量的模擬量IO連接，接線數量較多，布線較為耗時。

隨著總線技術的發展，運控廠家將總線技術應用運動控制器中，上位機通過總線將運動參數傳送至電機驅動器，再由電機驅動器驅動電機運行。在總線運控系統中，上位機的總線通訊接口可以通過線性拓撲方式連接多個支持總線通訊的電機驅動器，這樣一來大大減少了需要接線的數量以及布線所需的時間。

運控芯片的總線配置

我們知道在總線通訊模式下，通訊方式為數字式通信，可以不用考慮信號漂移問題，不像中脈沖信號和模擬量信號受到電磁干擾會導致信號失真。因此在高端運控領域，可以看到很多總線主站從站的設備產品，以及支持各種總線的芯片載體。

對于運控芯片的選擇，芯片本身性能的高低已經不是單一的決定因素，功能拓展的難易度、工業通信能力的強弱以及整機成本的高低都影響著廠商對于芯片的選型。從工業通信角度來看，目前運控芯片里常見的總線技術有EhertCAT，RTEX，CC-Link，CANopen等等，這些總線技術都有著較為穩定的客戶群。

首先自然是EtherCAT，現在發展最迅速規模最廣泛的總線技術。對于多軸應用，EtherCAT工業總線肯定是最吃香的，在同步控制實時數據傳輸上采用分布式時鐘的EtherCAT的確有著明顯的優化效果。

松下RTEX的高速低成本優勢在總線技術里也是較為突出的，其高響應帶寬在面向高速度與高精度的運動控制場景，極大縮短系統響應時間，提高設備效率；老牌總線CANopen較高的通訊性能和優化的電磁兼容性，日至今日仍有很多用例；CC-Link作為三菱電機主推的開放式現場總線在總線驅控領域也有著巨大的影響力。

將運控總線搭載在芯片上作為設備設計的一部分已經是很常見的做法，這對下游設備廠商來說比單單增強芯片性能更具有吸引力。

提高通訊能力的運控芯片

單芯片依然是國內做運動驅動很常見的方案，如瑞薩的RX72M加上EtherCAT的單芯片解決方案就是不少國內設備廠商常用的選擇。RX72M在內核性能上做了增強，但更吸引人的是瑞薩的這種設計方案考慮到總線通信功能，減去了設計者需要自己外加從站控制芯片的步驟，將從控制器集成到了MCU上，實現了需要在單個芯片上使用專用控制器的系統配置，從而有助于減少零件數量并節省空間。
MCU有不少加總線的做法，而FPGA與生俱來的可編程優勢使其能支援多種工業通訊協議，本身就是用來擴充通訊的很好的選擇。就以大家熟知的AMD XILINX的ZYNQ-7000為例，就能提供EtherCAT的主從套件、安川Mechatrolink III的主從套件、CC-Link IE的從站套件等各種協議支持套件。FPGA提供的硬件加速不僅可滿足最嚴格的實時性及時延性要求，而且還可輕松跟進標準的演進。

國產運控協議與芯片的結合

使用國外的芯片載體已經是大家習以為常的做法，但是這種有限的總線授權模式，讓人不禁疑問真的能夠充分保障供應安全嗎？

近期，國產FPGA公司易靈思在Trion T13F256 FPGA上搭載了固高高端運動控制網絡總線—gLink-II協議簇，在高端運控領域做了一次芯片和總線的全國產化結合驗證。在全自主可控的情況下，二者的結合既保證了運控系統的高速實時響應和大數據傳輸，又大大提高了通信的可靠性。

gLink-II總線技術以千兆以太網、高通信帶寬進行高速控制，采用環形冗余拓撲結構，實現數據冗余和鏈路冗余，能實現多周期通信。Trion T13F256則是易靈思采用Quantum架構的40nm大密度的FPGA系列，其超低功耗特性在FPGA行業首屈一指。二者的結合的愿景就是為國產運動控制設備保駕護航。據悉，易靈思的40nm Trion系列FPGA已在固高多項運動控制產品中批量使用。

小結

很多運控芯片都開始在總線協議的基礎設施建設上花更多心思，對于通訊協議復雜的運控應用來說這樣的設計可以減少很多麻煩。而且伴隨工業4.0下自動化設備的快速演進，從總線到芯片的全自主可控也將越來越重要。