本文摘要：随着市场需求的日益苛刻，运动控制系统也显得更加简单。

随着市场需求的日益苛刻，运动控制系统也显得更加简单。对更高能效、更加多功能、更加小尺寸和更加高集成度的拒绝大大快速增长，促成设计人员寻找极具创新性的解决方案。至今为止，市面上的解决方案都牵涉到在数字信号处理器或微控制器中继续执行的控制算法。

　　不过，对于简单电机控制算法（如磁场定向掌控），要取得所需的响应时间，经常必须硬件加速。此外，还必须仿真电路来加载传感器数据，确认方位和速度，检测故障，监控温度等等；而且必须数字线路来相连系统的其余部分。

而利用分立器件构建的解决方案在可靠性、集成度和成本方面又不尽如人意。仍然以来，设计人员都在找寻一种需要符合所有这些拒绝的单芯片解决方案，而现在，SmartFusion混合信号FPGA的发售终因设计人员的这一市场需求获得符合。　　在对更高能效、更加小尺寸和额外属性（如光滑度和精度）等市场需求的推展之下，更加多的应用于开始使用同步电机，如无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）。为充分利用同步电机在效率、静音工作和精度方面的优势，设计人员必须寻找需要打破非常简单8位/16位微控制器所获取的、极具创新性的掌控解决方案。

这些解决方案使用的微控制器有可能必须利用FPGA、高性能数字信号处理器（DSP）或数字信号控制器（DSC）等专用处理器来构建硬件加速。　　为了精确地掌控电机，控制器必需从传感器收集电机数据，基于对系统计算出来下一个命令，并根据计算结果掌控电源。此外，任何运动控制系统都必需处置一些额外阻抗，例如与其它系统的通信。

　　促成掌控功能日益简单的市场压力某种程度也在推展对单芯片运动控制解决方案的市场需求。美高森美（Microsemi）公司发售的SmartFusion正是需要符合这一市场需求的单芯片器件，它构建了一个ARMCortex-M3微控制器内核、高性能FPGA结构和可配备仿真资源，可实现业界首款单芯片运动控制解决方案。　　运动控制的发展方向　　在客户市场需求和规范拒绝的双重推展之下，提升运动控制的性能沦为工业、医疗和消费电子领域众多设计团队的首要目标。

这些设计团队渐渐认识到，更加先进设备完备的电机掌控方案有助大幅提高电机在转矩、速度、马力和效率等方面的性能。　　对于众多拒绝不高的应用于，非常简单的掌控体系依然不足以敷用，但对研发更加简单先进设备产品的设计团队来说，却面对着必需使用先进设备的算法来掌控PMSM和交流电机的挑战。

这些不具挑战性的电机控制算法经常本身就十分复杂，并必须硬件继续执行，以增加计算出来时间，延长响应时间。此外，必需同时融合仿真和数字领域的对系统，才能精确评估出有当前电机状态。

　　这样的设计一般来说是多轴的，必须同时掌控好几个电机，以驱动三维空间定义的机械系统（如机械手）。事实已证明，要构建这种程度的实时控制，只不过已远超过了任何单个现有器件的能力范围。

　　例如，PMSM（有时被称作无刷交流电机）就带给了一个简单的掌控问题。一般而言，用于PMSM的设计人员射击的目标都是超高水平的转矩掌控、光滑运动、精度、效率等。不过，以构建这些特性的方式来掌控PMSM是一项简单的任务。PMSM不同于其同类产品（如梯形牵引无刷直流电机），它的控制器必需继续执行简单的正弦牵引算法才能构建这些出众的特性。

而SmartFusion的面世使得这种解决方案沦为有可能。　　SmartFusion器件　　美高森美公司的SmartFusion器件统合了下一代运动控制系统设计人员所拒绝的三大要素：高性能微控制器、高密度FPGA架构以及可编程仿真资源，所有这些都构建在单个PCB中，从而使得设计人员需要同时取得高集成度和低成本的优势。

　　1.处理器内核　　SmartFusion器件（图1）的核心是一个嵌入式ARMCortex-M3处理器内核。M3是全球最风行的32位处理器之一，它的映射标志着32位处理器与FPGA架构的第一次融合。除了反对实时操作系统（RTOS）运营的存储保护单元（MPU）之外，该内核还包括有一个嵌套向量中断控制器（NVIC），它需要处置151个具有32个优先级的线性的中断。

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