近几年来，高能效电机在世界各地受到重视，与能效相关的行业标准日趋严格，比如自2021年6月1日起在我国实施的GB18163-2020新国标就规定了IE3能效等级以下的电机禁止生产和销售。更高的能效要求催生了半导体器件（包括功率器件和电机控制器）需求的增长，这也让不少半导体厂商看到了市场机会所在。
9月19日，AMD更新了其Kria系统模块(SOM)产品组合，推出了Kria K24 SOM和KD240驱动器入门套件，其中Kria K24 SOM 能以小尺寸提供高能效计算，主要面向成本敏感型工业和商业边缘应用。K24 SOM 可提供高水平确定性和低时延，适合为边缘端计算密集型数字信号处理（ DSP ）应用中使用的电气传动和电机控制器供电。其主要应用包括电机系统、工厂自动化机器人、发电、电梯与列车等公共交通、手术机器人和磁共振成像（ MRI ）床体等医疗设备，以及电动汽车充电站等。
KD240 驱动器入门套件则是一款开箱即用、价格低于400美元、基于FPGA的电机控制套件。它是面向嵌入式软件开发人员的端到端解决方案，具有多种电机控制接口，用于构建目标DSP应用，工程师无需硬件专业知识即可实现可定制设计，在软件方面由软件工具流程和最新的Ubuntu操作系统提供支持。
瞄准电机控制应用比MCU更强大的Kria K24
AMD此次推出的新产品瞄准的是电机控制应用领域，因为在AMD工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona看来，从公共交通到发电系统、从工厂自动化到仓储所使用的机器人，再到医疗设备，甚至是农业设备，可以说电机无处不在，而且这些电机消耗了全球工业能源总量的70%。
如今电机变得越来越精密复杂，可提供各种速度能力，并且越来越多地采用新材料设计，比如SiC和GaN等器件来提升电机效率与性能，同时降低能耗。他认为需要更好的电机驱动系统，更高性能的数字信号处理来实现电机扭矩、速度、能耗的最佳平衡。因为提升电机应用的效率将会对全球用电量产生最显著的影响。
基于这个原因，AMD推出了Kria K24 SOM，以构建低功耗数字信号处理（DSP）解决方案。由于采用了台积电先进的集成扇出(Integrated Fan-Out，InFO )封装，K24的尺寸仅为信用卡一半大小，与此同时，功耗也是连接器相兼容的更大尺寸Kria K26 SOM 的一半。
开发者可以通过K24降低能源消耗，增加电机扭矩和其他性能特点，同时还能进行预测性维护和OTA、降低噪音和震动，以及提升电机的生命周期。
Chetan Khona认为K24 SOM是AMD之前推出的K26 SOM的补充，而且还带有连接器与K26 SOM兼容，以实现可扩展性。他同时指出，Kria SOM的优势就是不需要FPGA方面的专业知识，支持新用户使用非自适应计算的工具来进行产品开发，比如开发流程可以扩展到Python和MATLAB Simulink环境。
具体来看，K24 SOM基于Zynq UltraScale+ MPSoC架构，采用了A52四核与双R5F处理器，具有丰富的外设，比如132个I/O口，4个USB接口、4个1G以太网接口等等。
值得一提的是K24 SOM支持人工智能（AI）推理深度神经网络处理单元，开发者可以做更多AI方面的操作，无论是本地的，还是云端的。软件方面，支持最新版本的22.04 Ubuntu OS。
在工业物联网的工业4.0时代，电机控制系统的智能不仅是控制电机这么简单，有时会有多项任务同时进行，而且电机控制系统需要处理很多的轴，“如果只控制电机，MCU的确是个不错的选择，但在现在工业物联网的大环境下，还要顾及功能安全、网络安全、人工智能，以及预测性维护等等，所以MCU的性能就有点捉襟见肘了，但K24 SOM可以支持以上所有的功能。” Chetan Khona对芯闻路1号在内的多家媒体表示。
构建高能效DSP解决方案
K24 SOM的核心是Zynq UltraScale+自适应SoC，该SoC在针对K24 SOM优化的定制MPSoC，具有面向混合关键性，也就是说，一些用户功能能够给与实时优先级，通过该功能可以非常简单地控制不同任务之间的优先级。此外，该SoC还具备功能安全、网络安全和HMI的系统级功能。
在可扩展性方面，K24 SOM所采用的这颗MPSoC具有可编程的I/O结构，可以与各种传感器进行连接，包括环境、方向、视觉和其他传感器。
此外，K24 SOM还能够支持从EtherCAT到TSN的多种工业以太网协议，据介绍它能够支持40多种工业互联网标准。
因此，K24 SOM比其他架构的嵌入式系统更具优势，归纳起来，采用FPGA的K24 SOM主要有四大性能方面的优势：
一是，由于FPGA是完全并行的，因此使用FPGA的硬件能够带来时延方面的优势。传统DSP处理器需要200个时钟周期才能完成的任务，自适应SoC利用完全并行性能可以在1个时钟周期内完成。
二是在功耗方面的优势。如果是要以最快方式取得结果，用传统的方式，该时钟运行的速度需要保持在几百兆赫兹，甚至GHz以上，但FPGA的速度可以更慢，只需要200MHz就足够了，这样可以节约能耗。
三是灵活应变性。K24 SOM可以让开发者在功耗、时间，及时钟速度方面进行取舍，也就是说，他们可以实现时分复用。例如，开发者不需要在一个时钟周期内完成200次操作，而是只需要在4个时钟周期内进行200次操作即可，而且他可以根据具体任务进行调整。
四是独立性。如果是多轴电机控制应用，开发者可以利用FPGA的硬件来控制回路，而不是通过一个电路来控制多个电机。
值得一提的是，K24 SOM与K26 SOM可以无缝转换，因为它们的连接器是相互兼容的。K26 SOM有两个连接器，每个都是240引脚。K24 SOM也有两个连接器，一个是240的引脚，还有一个是40的引脚。K24 SOM和K26 SOM的240引脚的连接器，无论是在电子方面还是在架构方面，都是可以互换的。因此，可以设计一张单独的载卡在K24 SOM和K26 SOM上来回转换。这个概念能够很好地满足客户需求，因为客户总是能够希望实现可扩展性，能够从低端到高端产品，或者是从高端到大众产品实现无缝迁移。
K24 SOM瞄准的主要是电机控制应用，它能够支持多种不同类型的电机，包括时下最为热门的无刷直流电机、永磁同步电机、磁阻电机、伺服电机，以及感应电机等等。
实现轻松的信号处理助力快速开发
与之前的Kria SOM产品一样，K24 SOM也搭配了一个套件产品Kria KD240驱动器入门套件，该套件除了包含K24 SOM之外，还搭配了诸多外围器件，包括电动机驱动IC，以及各种外围接口、电源等，开箱即可使用。
据Chetan Khona介绍，如果只是用来做电机控制方案的话，开发者收到套件之后，不到一个小时就可以完成启动过程。
具体来看，KD240驱动器入门套件载卡特性与功能特色体现在，它的大小与之前的Kria入门套件相当；在最顶端有Micro SD、多个USB、以太网、CAN接口；在右侧和底部，有专门与电机、传感器连接的接口；左下角还有一个主要是用于扩展的Pmod。
除此之外，AMD还会提供配套的指南和其他资源，开发者不需要FPGA开发经验，只需要简单的五步就可以体验电机控制开发的乐趣。
第一步，连接micro-USB、以太网和电机配件包物品；
第二步，插入使用Ubuntu image编程的microSD卡；
第三步，接通入门套件和电机电源；
第四步，下载并安装“基于传感器的控制”加速应用；
第五步，从Ubuntu命令行启动并使用Jupyter Notebook进行定制开发。
Chetan Khona特意提到，AMD除了关注传统的硬件和软件开发环境，还非常关注Python，以及控制系统开发者常用的MATLAB Simulink开发环境，因为在DSP的设计当中，尤其是电机控制的设计当中，使用这两种设计流程的开发者非常多。
据悉，使用Kria做创新的开发者非常多样，包括传统的硬件和软件开发人员、机器人专家、控制系统开发人员、AI开发者、以及Python开发人员等等。
Chetan Khona承认AMD在电机控制方面没有算法方面的专业知识，但他们正在通过两种途径来应对这个短板，一是AMD正在建立自己的电机实验室；二是与行业内的伙伴一起开发生态系统，比如应用商店，预计今年年底会有超过25款应用在应用商店里推出，所有的应用都是基于Ubuntu Linux开发，且支持Docker。
Chetan Khona认为通过这样的方式，AMD能够提供一些电机控制的素材，同时让生态系统更加完整。
结 语
总的来说，ADM推出的全新K24 SOM扩展了其Kria SOM产品组合，给电机控制及数字信号处理应用提供了一个新的选择。据Chetan Khona透露，K24 SOM 提供商业和工业两种版本，专为 10 年工业生命周期而打造。除了支持扩展的温度范围，工业级 SOM 还包括用于高可靠性系统的具有 ECC 保护的 LPDDR4 内存。K24 SOM（商业版和工业版）和 KD240 驱动器入门套件现在可直接订购，以及通过全球渠道分销商订购。K24 商业版今日开始供货，电机配件包及工业版预计于第四季度供货。他相信K24 SOM不仅能够支持机器人战略，同时还能够降低全球工业能耗。
全部评论