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解决确定性多轴电机控制设计的挑战

作者:时间:2017-11-08 21:08:05浏览:

 FPGA还满足确定性多轴电机控制解决方案的安全挑战要求。在现今的业界中,设计可能被克隆,或其数据可能被篡改或窃取的威胁日益增加。OEM面临的另一个威胁是其处理所有要求设计和IP的供应商或合同制造商或会过度制造。大多数MCU/DSP可能无法提供FPGA固有的高级安全特性水平,这些安全特性能够以分层方法提供硬件安全性、设计安全性和数据安全性(全面安全战略的三个关键要素)。有些基于闪存的FPGA还可以作为拥有关键储存能力的信任根设备,防止超连接工业IoT受到恶意攻击。FPGA采用物理反克隆功能(PUF)等特性应对安全需求,其中在公钥/私钥方案中,采用公钥基础设施(PKI),私钥用于实施M2M验证。其它特性包括加密加速器、随机数发生器、用于保护CUP/DSP内核的硬件防火墙,及差分功率分析(DPA)措施,它们相互配合,使整个系统根据需要对安全进行分层,从而保护硬件和数据。

 
与基于微控制器或DSP的实施相比,基于FPGA的电机控制实施的关键优点是确定性、扩展性和性能、可靠性,以及耐用性及安全性。
 
● 确定性— 在MCU或DSP实施中,任务顺序运行,执行时间和中断优先等级不同。ISR的执行时间不一定受到限制,因此可能导致不确定。与此相反,FPGA并行运行任务,每个任务的执行时间是确定的,并且总是产生确定性的输出。
 
● 扩展性和性能 - 对更高开关频率的多轴电机控制来说,MCU/DSP的性能并非最优化。高速电机要求较高开关频率(如500 kHz)和‘ => 2 µs ’ FOC回路执行。MCU硬件架构(PWM、ADC和GPIO)在控制多个电机方面存在局限性。采用FPGA实施,高级现场定向控制(FOC)的执行时间是1 µs。用于FOC的TDM可用于控制多个电机。任何I/O引脚均可配置用于PWM和ADC接口,FPGA集成了多个工业以太网协议、HMI和其它典型MCU/DSP不支持的接口。
 
● 可靠性和耐用性 – MCU和DSP易受软失效(SEU)的影响,产品使用寿命短。FPGA不受SEU影响,并且抗多种应用中的辐射,而产品使用寿命通常在20年以上。
 
● 安全性 –基于MCU/DSP的实施存在篡改、克隆和制造过多的风险,而基于FPGA的实施则拥有防篡改、安全启动、安全通信和强大的安全传承特性。

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