降低15%~40%电机能耗，Kria K24 SOM成为电机驱动新选择

2023-09-25 15:10:33 互联网

关键词: 电机驱动

电机在我们的生活中无处不在，从公共交通、发电系统、工厂自动化、仓储机器人、医疗设备到农业空中系统都有其身影，而让电机动起来的核心，电力驱动系统正面临的挑战日益严重。

首先，令人吃惊的是，这些电机消耗了全球工业能源总用量的70%；其次，电机正变得更加精密复杂，越来越多采用新材料设计，包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）来提升效率与性能，同时能够降低能耗。

任何新型的电机都需要电机驱动控制，使其扭矩、速度以及应变速达到最大，此外电机驱动器系统是电机三大要素之一，它对电机效率的提升，能够使得能耗降低15%~40%。因此，如果能够提升复杂电机的控制系统，对于全球用电都会产生巨大影响。

9月19日，AMD推出面向工业与商业应用的Kria K24 SOM 及KD240入门套件，而特别在电机驱动方面，支持为电机控制和数字信号处理应用设计高能效量产就绪型解决方案，并加速上市进程。

从电机控制到全场景自适应计算

事实上，如果只是单轴的电机，就可以用非常简单的技术解决相关的问题，比如说MCU。但现在的问题是，工业互联网时代，经常有多项任务需要同时进行，包括功能安全、网络安全、人工智能，还有预测性维护等，而且电机控制系统也需要处理很多的轴。

此时，就需要更加优化的方案，而这便是AMD Kria K24 SOM，它能够支持以上所有的功能。

K24 SOM是非常领先的产品，它的功耗非常低，而且确定性非常高，时延也非常的低，能够很好地去应对DSP有关的应用及与之相配套适应的设计流程。

K24 SOM尺寸只有信用卡一半大小，用户通过这个产品可以降低能源消耗、能够增加扭矩和其它的性能特点，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。

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电机控制系统的职能不仅是控制电机这么简单，K24 SOM能够支持很多种不同类型的电机，包括最受欢迎的无刷直流电机，同时K24 SOM支持工业物联网上大多功能。

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Kria SOM的最大优势就是不需要FPGA方面的专业知识，与之前的Kria SOM产品一样， Kria K24 SOM也支持新用户使用非自适应计算的工具，比如Python和MATLAB Simulink这些开发流程。

Chetan Khona表示，Kria SOM的一个目的就是来支持更多的开发人员，因为有的开发人员他可能听过自适应计算，但是他没有经历相关的训练或者是背景，没有办法用传统的方式来进行自适应计算的设计。通过Kria产品，就可以帮助这些开发人员获得自适应计算的好处，但是又不需要使用传统的FPGA那样去设计。

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开发人员在等待客户构建硬件的过程当中，可以用Kria KD240驱动器入门套件来进行K24 SOM的开发。如果是电机控制的话，用户在收到套件之后，不到一个小时就可以完成启动过程。

KD240驱动器入门套件大小和之前的Kria入门套件相当，在最顶端有micro SD、多个USB、以太网、CAN的接口，在右侧和底部有专门和电机、传感器的连接接口，左下角还有一个主要是用于扩展的Pmod。

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值得一提的是，Kria KD240的电机配件包，现已上市，它采用正交编码器，自动化无刷直流电机，在整个运行过程当中始终都能够知道电机的位置。

不止如此，REV Robotics 2合1电机套件配件将在今年晚些时候问世，它可以帮助用户进行不同的KD240设置。2合1电机套件配件可制作简易的机械臂，配备可选视觉AI的射球器，可与USB摄像头进行连接，帮助瞄准。

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当然，Kria SOM并非只是控制电机，它真正的目标是吸引新用户使用自适应计算，可应用在机器人、发电、电动汽车充电、医疗控制、患者护理、公共交通等场景。目前Kria的扩展战略已经取得非常好的效果，AMD发现，Kria用户当中有25%是自适应计算的新用户。

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K24和K26有什么区别

早在2021年，AMD就首度推出Kria自适应系统模块（SOM）产品组合，彼时首款产品为K26 SOM，针对智慧城市和智能工厂中的视觉 AI 应用打造。

那么K24究竟如何定位？AMD 工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona强调，K24 SOM不会取代之前的K26 SOM，K24 SOM是K26 SOM的补充，且还带有连接器和K26 SOM兼容，以实现可扩展性。

相同点上，K24 SOM和K26 SOM都是A53 四核及双R5F处理器，都带有非常出色的外设，同时二者均基于Zynq UltraScale+ MPSoC架构；不同点上，K24 SOM是K26 SOM的可扩展版，K24 SOM更关注尺寸、功耗、成本等方面的设计，此外，K24 SOM支持最新版本 22.04 Ubuntu OS，而I/O数量要比K26 SOM少，LPDDR的数量是K26 SOM的一半，工业级K24 SOM的2GB的LPDDR4由ECC支持。

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不止如此，K24 SOM和K26 SOM还能无缝转换，这主要通过连接器兼容来实现。

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，这样的功能就能让一切想法都实现。

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，一个是40引脚，二者无论是在电子方面还是在架构方面，都是可互换。因此，工程师可以设计一张单独的载卡在K24 SOM和K26 SOM上来回转换。

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具体来看，K24 SOM有以下特性：

其一，使用的Zynq UltraScale+自适应SoC是专门为K24 SOM而设计，它能够实现混合关键性，为用户功能给予实时优先级，简单地控制不同任务间的优先级；
其二，K24是基于ARM处理系统的可编程逻辑器件，因此有很多特定性能；
其三，K24 SOM可以通过使用MPSoC来确保功能安全性，提升网络安全；
其四，可编程的I/O结构可与任何传感器进行连接，包括环境、方向、视觉和其它传感器；
其五，支持工业互联网从 EtherCAT到TSN，支持在业界比较普遍的40多种工业互联网标准；
其六，使用全球只有两家能够获取的InFo封装技术，实现了更小型封装 MPSoC 器件，带来更为紧凑的 Kria SOM。

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从DSP处理流程来看，K24 SOM可以完全实现并行并具有四大性能方面优势：

其一是完全并行，使用FPGA的硬件就能够带来时延方面的优势，因为只需要一个时钟周期而不是两百个时钟周期；
其二是功耗具备优势，如果以最快方式取得结果，用传统的方式，这个时钟在跑起来的时候需要几百个甚至是GHz级的速度，但FPGA的速度可以更慢也可以节约用电，只要200 MHz就可以了；
其三是灵活应变，开发人员可在功耗、时间以及时钟速度方面进行取舍，也就是可以实现时分复用，例如，不需要在一个时钟周期内完全200次操作，只要在四个时钟周期内进行200次操作，可以根据具体任务进行调整；
其四是独立，如果是多访问的电机控制应用，可以用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，这样会稀释性能。

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人工智能（AI）大热，K24 SOM也具备先进深度神经网络处理单元，让AI有用武之地。根据Chetan Khona介绍，K24 SOM可在电路板上做很多人工智能方面操作，也在很多场景创造更多数据集，并用AI推理来应用这些数据。

写在最后

目前，Kria SOM产品组合现已全面上市，不论是KV260、KR260、KD240开发套件，还是K24 SOM、K26 SOM量产性模块，用户拥有非常丰富的选择，能够匹配应用对于价格、功耗、尺寸的需求。

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Chetan Khona强调，Kria SOM非常重要的价值定位在于应用商店，AMD预计今年年底会有超过25款应用在这个应用商店里推出，这些应用都是基于Ubuntu linux开发，且都是容器化的，在docker hub当中来配置。

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“我们认为K24 SOM不仅能够支持机器人战略，同时还能够像我们在一开始时候提到的那样降低全球工业能耗。”Chetan Khona如是说。