電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）在現(xiàn)在的運控領(lǐng)域，總線技術(shù)與驅(qū)動二者相輔相成，而在傳統(tǒng)運動控制系統(tǒng)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(fā)送到電機驅(qū)動器中然后由電機驅(qū)動器驅(qū)動電機運行。這種模式下，上位機與電機驅(qū)動器通過大量的模擬量IO連接，接線數(shù)量較多，布線較為耗時。

隨著總線技術(shù)的發(fā)展，運控廠家將總線技術(shù)應(yīng)用運動控制器中，上位機通過總線將運動參數(shù)傳送至電機驅(qū)動器，再由電機驅(qū)動器驅(qū)動電機運行。在總線運控系統(tǒng)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(qū)動器，這樣一來大大減少了需要接線的數(shù)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(shù)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(dǎo)致信號失真。因此在高端運控領(lǐng)域，可以看到很多總線主站從站的設(shè)備產(chǎn)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(jīng)不是單一的決定因素，功能拓展的難易度、工業(yè)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(yè)通信角度來看，目前運控芯片里常見的總線技術(shù)有EhertCAT，RTEX，CC-Link，CANopen等等，這些總線技術(shù)都有著較為穩(wěn)定的客戶群。

首先自然是EtherCAT，現(xiàn)在發(fā)展最迅速規(guī)模最廣泛的總線技術(shù)。對于多軸應(yīng)用，EtherCAT工業(yè)總線肯定是最吃香的，在同步控制實時數(shù)據(jù)傳輸上采用分布式時鐘的EtherCAT的確有著明顯的優(yōu)化效果。

松下RTEX的高速低成本優(yōu)勢在總線技術(shù)里也是較為突出的，其高響應(yīng)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(tǒng)響應(yīng)時間，提高設(shè)備效率；老牌總線CANopen較高的通訊性能和優(yōu)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(xiàn)場總線在總線驅(qū)控領(lǐng)域也有著巨大的影響力。

將運控總線搭載在芯片上作為設(shè)備設(shè)計的一部分已經(jīng)是很常見的做法，這對下游設(shè)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(nèi)做運動驅(qū)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(nèi)設(shè)備廠商常用的選擇。RX72M在內(nèi)核性能上做了增強，但更吸引人的是瑞薩的這種設(shè)計方案考慮到總線通信功能，減去了設(shè)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(xiàn)了需要在單個芯片上使用專用控制器的系統(tǒng)配置，從而有助于減少零件數(shù)量并節(jié)省空間。
MCU有不少加總線的做法，而FPGA與生俱來的可編程優(yōu)勢使其能支援多種工業(yè)通訊協(xié)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(xié)議支持套件。FPGA提供的硬件加速不僅可滿足最嚴(yán)格的實時性及時延性要求，而且還可輕松跟進標(biāo)準(zhǔn)的演進。

國產(chǎn)運控協(xié)議與芯片的結(jié)合

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

近期，國產(chǎn)FPGA公司易靈思在Trion T13F256 FPGA上搭載了固高高端運動控制網(wǎng)絡(luò)總線—gLink-II協(xié)議簇，在高端運控領(lǐng)域做了一次芯片和總線的全國產(chǎn)化結(jié)合驗證。在全自主可控的情況下，二者的結(jié)合既保證了運控系統(tǒng)的高速實時響應(yīng)和大數(shù)據(jù)傳輸，又大大提高了通信的可靠性。

gLink-II總線技術(shù)以千兆以太網(wǎng)、高通信帶寬進行高速控制，采用環(huán)形冗余拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余和鏈路冗余，能實現(xiàn)多周期通信。Trion T13F256則是易靈思采用Quantum架構(gòu)的40nm大密度的FPGA系列，其超低功耗特性在FPGA行業(yè)首屈一指。二者的結(jié)合的愿景就是為國產(chǎn)運動控制設(shè)備保駕護航。據(jù)悉，易靈思的40nm Trion系列FPGA已在固高多項運動控制產(chǎn)品中批量使用。

小結(jié)

很多運控芯片都開始在總線協(xié)議的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上花更多心思，對于通訊協(xié)議復(fù)雜的運控應(yīng)用來說這樣的設(shè)計可以減少很多麻煩。而且伴隨工業(yè)4.0下自動化設(shè)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。