提升工业通信能力——机器人驱动选型从侧面突破

发布时间：2022-02-14 13:59:28 丨 浏览次数：704

来源：电子发烧友网     作者：李宁远 

随着国内工业机器人赛道上玩家的增多，机器人厂商，尤其是国内协作机器人厂商都开始寻求最适合自己的主控芯片。性能的高低已经不是单一的决定因素，这些厂商往往要考虑到拓展机器人功能以及把控整机成本。所以很多以前在芯片选型上保守的厂商现在都愿意尝试一下不同的芯片，择优选出最适合自家的型号。上一期物品们列出的仅仅是机器人关节驱动芯片里的三个为人熟知的系列，在这个应用领域里，还有这大量优秀的产品值得挖掘。

RX72M

单芯片依然是国内做工业机器人关节驱动最常见的方案。RA的RX72M加上EtherCAT的单芯片解决方案也是不少国内机器人厂商常用的选择。这种设计方案考虑到总线通信功能，减去了设计者需要自己外加从站控制芯片的步骤，将从控制器集成到了MCU上，实现了需要在单个芯片上使用专用控制器的系统配置，从而有助于减少零件数量并节省空间。因此这种方案很受机器人厂商欢迎。

（图源：RA）

RX72M产品组内核是RA出名的RX第三代CPU内核“RXv3 core”。性能很高，主频最高可达240MHz，这个系列能够在240 MHz下运行1396 CoreMark，再加上片上双精度FPU，显著提高了MCU处理能力。RA为这个拥有强大核心能力的系列配置了大容量4MB存储和SRAM 1 MB 的闪存记忆体。

这个通信接口尤为丰富，包括符合IEEE 1588的以太网MAC、SD主机接口、四SPI和CAN，对于通讯协议复杂的机器人工控应用来说这样的设计可以减少很多麻烦。从整个体系上这个系列也很注重对功耗的限制，RTC能够通过专用电源进行操作，并配有四种不同模式的低功耗模式。

如果RX72M仅仅在内核处理性能上做了增强，那么对机器人厂商而言可能都不会有那么多吸引力。就单单它支持市场上70%以上主要工业网络通信协议就能看出RX72M在基础设施上的建设花了不少心思。除此之外RA还有结合ROS的机器人驱动组合，也是极具吸引力。

AM64X

TI有不少用于工业机器人协作机器人的单芯片方案，旗下C2000系列，DSP系列一直是行业里的主流硬通货。但这次我们不看这些耳熟能详的系列，我们看看AM64X系列中的新品。虽然AM6442还没有正式发售，还没有经过各家机器人厂商的校验。但仅从它的配置上，就已经能断言在高端协作机器人驱动上它一定能稳占一席。

（图源：TI）

AM6442是Sitara新增的工业级异构Arm处理器产品系列，针对需要将实时通信与应用处理结合的电机驱动器而构建。AM6442将两个支持时间敏感TSN技术的Sitara千兆位PRU-ICSSG与最多两个Arm Cortex-A53内核、最多四个Cortex-R5F MCU和一个Cortex-M4F MCU合并到一起。看到这里想必都明白这个处理器系列性能有多强悍了。即便是对于工业机器人的多轴控制，这个系列的性能应付起来也是绰绰有余。

双核64位Arm Cortex-A53微处理器系统性能高达 1.0GHz，子系统则支持最多2个双核Arm Cortex-R5F MCU 子系统主频最高800MHz专用于实时处理。而另一个单核Arm Cortex-M4F MCU最高400MHz。如此高性能的内核，配合紧密耦合的存储器组以及可配置的SRAM分区，对于实时性能要求越来越高的机器人应用正好适配。

为了应对复杂的工业通信，AM6442配置了两个千兆位工业通信子系统。子系统不仅仅支持TI非常有特色的时间敏感网络，还支持Profinet IRT、Profinet RT、EtherNet/IP、EtherCAT等等。对工业网络通信协议丝毫不比上面那位差。唯一的缺点可能就是对大多数走量的机器人厂商来说这样的配置太高端。

XMC4000

英飞凌的XMC4000系列采用了内置DSP指令的 Arm Cortex-M4内核。各型号在主频，应用方向上稍有不同，但单精度浮点单元、DMA以及MPU这些先进的技术一个都不少。

（图源：英飞凌）

集成EtherCAT的4300与4800是很多机器人厂商钟爱的选择。本身强大的内核性能，加上增强型的通信能力以及相比之下更低的成本，这个系列能成为一些机器人厂商的偏爱不无道理。

就本身性能来看，144MHz的主频加上FPU、DSP，配合2MB的嵌入式闪存和352KB的嵌入式RAM，已经可以让工业机器人关节驱动表现良好的性能。此外还配置了一套全面的定时器、Delta Sigma 解调器、位置接口、具有ADC触发器的PWM。

XMC4800在嵌入式控制上是性价比很高的一个系列。XMC4800系列是业界首款将EtherCAT与ARM Cortex-M 控制器结合的MCU，具有集成闪存和模拟/混合信号IP。在EtherCAT设计上，英飞凌一直都以紧凑、成本效益为先，无需专用 ASIC和外部存储器。在成本的把控上无疑是切中了厂商的痛点。

小结

集成工业以太通讯协议的芯片受到一大批机器人厂商的青睐。在性能足够覆盖机器人驱动的情况下，提供更好的其他层面的支持也提升了下游厂商的黏性。