将电机驱动化繁为简，AMD Kria K24 SOM带来更优的尺寸、功耗和成本

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）电机运转在从公共交通到发电系统，从工厂自动化到仓储机器人再到医疗设备等各类应用中。数据显示，电机消耗全球工业能源总用量的70%。现代的电机变得更加精密且复杂，采用新材料设计，提供各种速度能力，而电机驱动使得电机扭矩、转速更大的同时功耗更低。专家表示，提高电机的效率将对全球用电量产生显著的积极影响。
 
最近，AMD推出K24 SOM扩展Kria自适应系统模块（SOM）产品组合，同时推出的还有KD240驱动器入门套件。软件工程师用入门套件来制定他们的原型，之后使用量产型SOM实现产品交付。此前AMD已经推出K26 SOM，K24 SOM作为K26 SOM 的补充和延展，带有连接器可与K26 SOM兼容并实现可扩展性。
 

 
AMD Kria K24 SOM相较于K26 SOM的特点
 
AMD工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona介绍，AMD Kria K24 SOM 的尺寸只有信用卡的一半大小，是因为它使用了InFo封装技术，全球只有两家公司能够获得这样的技术。用户通过这个产品可以降低能耗、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。
 
具体来看，K24 SOM和K26 SOM都是基于Zynq UltraScale+ MPSoC架构，他们也都采用A53 四核以及双R5F处理器，搭载非常出色的外设。不同之处在于K24 SOM可以说是K26 SOM的可扩展版，对于关注尺寸、功耗、成本等方面的设计，K24 SOM是更为理想的选择。K24 SOM支持最新版本 22.04 Ubuntu OS，I/O数量要比K26 SOM少，LPDDR的数量是K26 SOM的一半。工业级的K24 SOM的2GB的LPDDR4由ECC支持。
 

 
在支持人工智能（AI）推理深度神经网络处理单元方面，K24 SOM在电路板上可以做很多人工智能方面的操作，应用于很多场景，创造更多的数据集，用人工智能推理来应用于这些数据集。
 
Chetan Khona表示，Kria SOM希望能够吸引新的用户使用自适应计算，以机器人为例，AMD在每一个机器人发展层面都与各界有非常密切的接触。从STEM教育开始，到大学、初创企业和大型的跨国企业。对机器人娱乐业也有涉足，赞助了机器人大战（一个机器人竞技类的电视节目）的一个战队。Kria的扩展战略取得了非常好的效果，Kria用户当中有25%是自适应计算的新用户。除了机器人之外，还有发电、医疗设备、公共交通等电机应用场景，哪怕不全是用电机控制，但都是需要非常密集的数字信号处理和传感数据融合，Kria SOM就能发挥所长。
 
K24 SOM能够实现控制不同任务之间的优先级，通过使用MPSoC来确保功能安全性，提升网络安全，以及内置HMI。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。另外，K24 SOM还能够支持EtherCAT到TSN等40多种工业互联网标准。
 
与DSP、MCU相比
 
相校于DSP，FPGA自适应技术更有优势。第一，因为它是完全并行的，所以使用FPGA的硬件就能够带来时延方面的优势。只需要一个时钟周期而不是两百个时钟周期。第二功耗优势。用传统的方式，时钟需要几百甚至GHz级的速度。但是FPGA的速度可以更慢也可以节约用电，只要200 MHz。第三是灵活应变性。开发人员可以在功耗、时间以及时钟速度方面进行取舍，可以实现时分复用，例如不需要在一个时钟周期内完成200次操作，你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。最后是独立性。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。
 

 
而相较于MCU，MCU只是控制电机的能力，但在工业物联网中还要顾及功能安全、网络安全、人工智能，以及预测性维护等，K24 SOM具有更加全面的能力。
 
使用Kria KD240驱动器入门套件，快速开启设计
 
开发人员使用Kria KD240驱动器入门套件来进行K24 SOM开发，如果是电机控制开发，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。左下角还有一个用于扩展的Pmod。
   
有了专门接口以及配套的指南和其它的资源，简单五步就可以开始启动。Kria入门套件非常简单易用。除了传统的硬件和软件开发，该产品支持Python、MATLAB Simulink、ROS2以及AI框架，特别是是Python和MATLAB Simulink，在DSP设计当中，尤其是电机控制的设计，使用这两种设计流程的开发人员非常多。
 

 
Kria KD240的电机配件包现在已经上市，它采用正交编码器，自动化无刷直流电机，还有REV Robotics 2合1电机套件配件，会在今年晚些时候问世。它帮助用户能够有不同的KD240设置。这个2合1的电机套件配件可以制作一个简易的机械臂，同时配备可选视觉AI的射球器，和USB摄像头进行连接，用人工智能帮助瞄准。
 

 
从KV260到后来的KR260、KD240，AMD的官方应用商店提供多款应用，预计今年年底会有超过25款应用。所有这些应用都是基于Ubuntu linux开发，且都是容器化的，在docker hub当中来配置，这些基本上已经是行业标配。
 
可以看到，Zynq UltraScale+架构在嵌入式架构当中性能卓越，能够处理很多复杂的任务，比如说AWS Greengrass等等这些先进的任务。Kria SOM拥有较强的AI处理能力，未来也将继续拓展嵌入式和AI的能力。