DSP单芯片不再是运输控制应用的主流

在操作控制方面，虽然DSP和MCU控制方面的竞争并没有那么激烈，但随着机器人控制系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，高速高性能DSP也很受欢迎。来自世界领先的制造商TI，ADI在产品更新方面，DSP从单核开发到同构多核再到异构多核，现在要么使用单芯片DSP模式要么以处理单元的形式集成SoC中。

数字信号处理器DSP得益于工业控制、消费电子、雷达图像传感等诸多领域的应用，DSP接口简单，集成方便，可重复性好。DSP随着数字信号处理技术的发展，AD7521LN机器人系统的应用也在不断深化。

在此前关于DSP我们在机器人系统应用的文章中了解到，DSP与视觉应用相比，设计弹性非常高Cortex-M4体系结构中建立的浮点操作单元只能实现低阶图像信号处理，以及x86架构下工业控制平台功耗大，成本高，DSP在视觉应用中，性能和成本美选择。在操作控制方面，虽然DSP和MCU控制方面的竞争并没有那么激烈，但随着机器人控制系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，高速高性能DSP也很受欢迎。

机器人DSP运控设计

目前，国内外大多数机器人采用上下控制相结合的方式。上机发出机器人的控制命令，上机和下机通过通信完成机器人的控制命令。下机是机器人的控制器，负责完成机器人的运动控制。在整个控制系统的核心位置，我们不仅要处理上机发送的命令，还要将传感器信息反馈给上机，以实现准确控制机器人运动的目标。

在工业机器人系统控制设计中，DSP数字处理部分起着重要的作用。控制命令(运动控制命令和机械手控制命令)由上位机发出，DSP分析接收到的数据，独立(或与FPGA一起)完成整个系统的电机控制和机械手控制。DSP控制设计中DSP整个闭环运行控制的精度直接受到计算速度的影响。

这块市场被TI，ADI，NXP以国际大厂商为主导，拥有多年的硬件研发经验和完善的软件开发环境，用户生态相对完整，这些大厂商在机器人应用中大多使用DSP为主。TI的C2000系列的DSP芯片，ADI的ADSP-21xx该系列广泛应用于运动控制领域。

就TI就产品线而言，市场上最常见的是使用最常见的产品线C2000系列DSP来做，性价比高；高端使用C55x系列，运算性能提升功耗较低；TI官网推荐的C6654DSP它属于性能更高的场景DSP，850MHz每个周期的核心速度可以执行8个单精度浮点MAC运算，并且可以执行双精度和混合精度运算。即使是高性能的自动运控场合，这种性能的核心也完全没有问题。

（图：C6654 DSP，TI）

一般来说，主机不会直接和DSP通信，都是通过共享内存来交换数据的。共享内存的通信模式可以相对提供更快的数据交换来控制整体，比如C6654DSP因为采用KeyStone体系结构，配置了各种创新组件和技术，设备内部和设备之间的通信会更快。

控制使用机械手DSP的ePWM模块完成，DSP根据求解的机械手每个关节的关节角度，控制每个舵机的运动，以达到末端预期目标的姿态。

（图：32位RISC-V DSP，中科昊芯））

国内像青岛本原微电子DSP芯片，中科浩芯基于开源指令集架结构RISC-V的DSP机器人中的芯片DSP在应用方面也取得了巨大的成就。上图中，中科浩芯32位RISC-VDSP基于自研的H28x内核，200MHz主频和存储配置增强ePWM基于增强型外设FPU浮点处理单元和自定义浮点指令专门支持高性能FOC，在控制领域，多电平控制应用广泛。

单芯片DSP集成进SoC成主流

来自世界领先的制造商TI，ADI在产品更新方面，DSP从单核开发到同构多核再到异构多核，现在要么使用单芯片DSP模式要么以处理单元的形式集成SoC中。

机器人应用多核异构架构的发展可以兼顾计算能力和可扩展性，这是一个明显的趋势。更不用说视觉应用了DSP在性能和成本方面，应用于机器视觉的主要系统更合适(无论是单个系统DSP还是嵌入多核心DSP还有中央处理器SoC方案)。在机器人控制的应用中，市场上是独立的DSP肉眼看到的方案越来越少，独立性越来越强，DSP转向越来越多SoC一个处理单元。

小结

毫无疑问，运动控制的发展正朝着更智能、更精确的方向发展。机器人的快速发展也离不开控制系统的卓越性能。不断复杂和智能的控制系统不仅适用于DSP对于整个上游核心芯片供应商来说，制造商是一个发展的机会。

控制芯片运输集成多核机械手

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