TI應(yīng)用智能邊緣計(jì)算提高工廠自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化和電網(wǎng)自動(dòng)

緊湊、精確、互聯(lián)。智能邊緣計(jì)算在工廠自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化和電網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用，以提高生產(chǎn)率。
目前，世界人口已達(dá)78億，并且仍在增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到100億。不斷增長(zhǎng)的人口不僅需要衣服和食物等基本必需品，還追求舒適安全的生活。智能制造、智能建筑、智能電網(wǎng)等廣泛應(yīng)用的工業(yè)4.0技術(shù)，以及即將推出的工業(yè)5.0的創(chuàng)新技術(shù)，都是能夠滿足上述要求的現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)。
工業(yè)4.0云架構(gòu)中使用的高性能多核處理引擎可以從數(shù)千個(gè)邊緣傳感器收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行復(fù)雜分析，從而管理運(yùn)營(yíng)工廠隨著端到端自動(dòng)化的發(fā)展，指數(shù)需要管理的傳感器數(shù)量和數(shù)據(jù)越來越多，一個(gè)智能工廠可能有5萬多個(gè)傳感器，每天產(chǎn)生數(shù)十萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)；即使是普通的寫字樓，也可能產(chǎn)生數(shù)百GB的數(shù)據(jù)。
根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)的估計(jì)，到2022年，40%的數(shù)據(jù)將在生產(chǎn)崗位(也稱為“邊緣”)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、分析和保留。云邊緣計(jì)算的發(fā)展依賴于緊湊、精確、互聯(lián)的邊緣設(shè)備。這些邊緣設(shè)備有三個(gè)關(guān)鍵要求：實(shí)時(shí)計(jì)算、多協(xié)議工業(yè)組網(wǎng)功能和現(xiàn)場(chǎng)可部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。圖1顯示了工業(yè)應(yīng)用中的上述要求。
TI的AM64x系列Sitara實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)處理器直接滿足了這些要求。能夠受益于AM64x系列特性的系統(tǒng)包括交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC)、工廠自動(dòng)化中的運(yùn)動(dòng)控制器、物聯(lián)網(wǎng)、樓宇自動(dòng)化中的網(wǎng)關(guān)、電網(wǎng)自動(dòng)化中的數(shù)據(jù)集中器、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、3D攝像頭等。
交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器示例
以現(xiàn)代自動(dòng)化應(yīng)用中的一個(gè)基本組件為例，如圖2中所示的伺服驅(qū)動(dòng)器。伺服驅(qū)動(dòng)器控制數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、傳送帶、倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化等多種機(jī)器的電機(jī)。以AM6442為例，該器件擁有4個(gè)高性能Arm  Cortex  -R5F內(nèi)核，均以800MHz的頻率運(yùn)行，最高可提供64億條指令/秒(DMIPS)，支持周期時(shí)間低至3 s、抖動(dòng)超低的高精度電機(jī)控制環(huán)路。
集成工業(yè)通信支持伺服驅(qū)動(dòng)器使用EtherCAT、Profinet和以太網(wǎng)/IP標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)PLC或運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)時(shí)通信，無需其他現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)。可以使用片上Cortex-A53處理核心運(yùn)行Linux等高級(jí)操作系統(tǒng)(OS)，提供遠(yuǎn)程診斷、故障監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)可配置等智能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)按需業(yè)務(wù)策略。
多功能處理器的尺寸比多芯片解決方案小50%以上，從而實(shí)現(xiàn)了更緊湊的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。AM64x采用16納米工藝設(shè)計(jì)，2W功耗不到1W(取決于配置)，從而簡(jiǎn)化了緊湊尺寸的熱設(shè)計(jì)工作。實(shí)時(shí)計(jì)算能力
AM64x系列使用ArmCortex-R5F處理內(nèi)核(而不是其他Arm處理內(nèi)核，如Cortex-M7)，為要求可靠性、高可用性和低延遲實(shí)時(shí)響應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)提供多核功能。AM6442和AM6441的四個(gè)Cortex-R5F內(nèi)核可以提供高達(dá)5，5,300 dmips(實(shí)時(shí))的性能。Cortex-R5F包含低延遲中斷技術(shù)，可以中斷和重啟長(zhǎng)時(shí)間多周期指令。
實(shí)時(shí)多協(xié)議工業(yè)聯(lián)網(wǎng)功能
以太網(wǎng)已經(jīng)成為實(shí)際的工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，取代了工廠、建筑和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中的串行現(xiàn)場(chǎng)總線。但標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)也有不確定性，現(xiàn)代工廠自動(dòng)化需要確定性操作和時(shí)間同步。為解決這種固有的不兼容性而開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)需要特殊的FPGA或ASIC，這增加了系統(tǒng)成本和尺寸。
集成工業(yè)連接是AM64x架構(gòu)的核心。每個(gè)設(shè)備都有多個(gè)以太網(wǎng)端口來支持工業(yè)交換機(jī)的實(shí)現(xiàn)，如千兆速度的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)、以太網(wǎng)貓(EtherCAT)、PROFINET、以太網(wǎng)/IP等。
AM64x系列還為這些協(xié)議集成了一個(gè)完整的軟件堆棧，因此可以輕松設(shè)計(jì)無縫連接到工廠基礎(chǔ)架構(gòu)的邊緣設(shè)備。AM64x協(xié)議還支持輸入輸出鏈路主站，它充當(dāng)輸入輸出鏈路到任何工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，以及電機(jī)編碼位置EnDat2.2和HIPERFACEDSL。
現(xiàn)場(chǎng)可部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能
工業(yè)4.0中的遠(yuǎn)程管理設(shè)備(驅(qū)動(dòng)器、傳感器和網(wǎng)關(guān))可以根據(jù)系統(tǒng)中運(yùn)行的預(yù)測(cè)性維護(hù)算法向云或基礎(chǔ)架構(gòu)發(fā)送警報(bào)。AM64x中的片上Cortex-A53內(nèi)核可以在不中斷服務(wù)的情況下執(zhí)行此任務(wù)。
此外，您可以運(yùn)行高級(jí)操作系統(tǒng)(如Linux)和Web或應(yīng)用服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)模型。運(yùn)行在1GHz的兩個(gè)內(nèi)核都有足夠的性能來處理不斷增加的各種服務(wù)，而不會(huì)中斷實(shí)時(shí)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)。流量Linux還允許在內(nèi)核版本中不斷添加功能，從而加快應(yīng)用程序開發(fā)。AM64x的主線Linux支持簡(jiǎn)化了代碼庫(kù)從一個(gè)內(nèi)核到另一個(gè)內(nèi)核的轉(zhuǎn)換。
AM64x系列有多個(gè)引腳兼容器件，如表2所示。您可以先使用功能較少的器件，然后隨著設(shè)計(jì)要求的發(fā)展，遷移到性能更高的器件，同時(shí)保持相同的印刷電路板設(shè)計(jì)。結(jié)束語(yǔ)
TI全新的AM64x系列器件具有實(shí)時(shí)計(jì)算性能、集成的網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)以及在小功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的能力。AM64x系列包含五款引腳對(duì)引腳兼容的器件，可用于設(shè)計(jì)下一代面向現(xiàn)代自動(dòng)化應(yīng)用、緊湊、精確和互聯(lián)的邊緣設(shè)備。