在工業(yè)控制領(lǐng)域，實(shí)時(shí)性、精確性、安全性和可靠性等性能指標(biāo)仍將是設(shè)計(jì)過(guò)程中的難點(diǎn)之所在，而小尺寸、低成本和低功耗等性能趨勢(shì)也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)大的發(fā)展方向，同時(shí)，對(duì)于向新技術(shù)和實(shí)施的轉(zhuǎn)移，設(shè)計(jì)復(fù)雜性和設(shè)計(jì)周期也是大家經(jīng)常遇見的挑戰(zhàn)。在2012年國(guó)際集成電路研討會(huì)暨展覽會(huì)（IIC-China）上，安防技術(shù)專區(qū)將集中探討安防與監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)支持，并將涵蓋高清與智能等熱門話題，同時(shí)，艾科嘉（Exar）、笙科電子和愛特梅爾等公司也將為工控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的啟示。

　　凌華科技（ADLINK）華南區(qū)總經(jīng)理藍(lán)林忠對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)、高精度龍門結(jié)構(gòu)激光切割控制以及手機(jī)相關(guān)硬件功能測(cè)試市場(chǎng)前景看好（圖1）。他指出，在機(jī)器人控制系統(tǒng)上，更高的速度及精度要求是最主要的挑戰(zhàn)之處。高精度龍門結(jié)構(gòu)激光切割控制的挑戰(zhàn)在于如何在雙軌的機(jī)構(gòu)行進(jìn)中，實(shí)時(shí)的做出位置補(bǔ)償，同時(shí)還能保持速度及精度要求，更能穩(wěn)定并準(zhǔn)確地控制激光的能量輸出。手機(jī)相關(guān)硬件測(cè)試主要是在于如何整合測(cè)試需要的信號(hào)采集、以及進(jìn)行上下料件的精密定位及控制。其中，特別是高精度龍門結(jié)構(gòu)激光切割控制，借助凌華科技提供的基于DSP核心運(yùn)算的控制系統(tǒng)，可將客戶所需要的功能設(shè)計(jì)成算法，在位置補(bǔ)償及速度規(guī)劃上取得完美平衡，再憑借DSP獨(dú)立運(yùn)算來(lái)確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求（圖2）。

　　圖1：凌華科技（中國(guó)）有限公司華南區(qū)總經(jīng)理藍(lán)林忠。

　　圖2：凌華科技分布式運(yùn)動(dòng)控制與I/O解決方案。

　　Exar公司認(rèn)為，汽車控制、工業(yè)自動(dòng)化#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#和網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)將在未來(lái)一年內(nèi)有強(qiáng)勁的表現(xiàn)。工業(yè)市場(chǎng)無(wú)疑在穩(wěn)定性和魯棒性上的要求比消費(fèi)類應(yīng)用的定位要高。同時(shí)，更小尺寸、更低成本和更低功耗的系統(tǒng)在總體上要求有更高水平的系統(tǒng)集成度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員正被要求以更少的電能，更小的空間，更少的經(jīng)費(fèi)和在更短的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，往往需要利用定制器件。

Exar推出的最新SP339 RS-232/RS-485/RS-422串行收發(fā)器在片上集成了電纜終端和多個(gè)開關(guān)，使客戶可以減少在自己的產(chǎn)品中使用外部元器件的數(shù)量（圖3）。這種集成可以極大地減小電路板的尺寸和降低整體方案的材料成本。

　　圖3：艾科嘉帶有適合高速RS-485/422通信的內(nèi)部切換終端的SP339串行收發(fā)器，是雙協(xié)議的串行端口共用一個(gè)連接器的理想選擇。

　　此外，Exar提供的各種總線接口的UART產(chǎn)品可以很方便地提供多個(gè)系統(tǒng)之間的連接性。一些增強(qiáng)型功能（如RS-485半雙工自動(dòng)控制，小數(shù)波特率發(fā)生器和多點(diǎn)模式）簡(jiǎn)化了軟硬件的設(shè)計(jì)難度。最新的UART還擁有其他一些功能，例如集成電平轉(zhuǎn)換器和具有不同數(shù)量可用GPIO引腳的多種封裝選擇。

　　水處理、火車和交通管理、發(fā)配電等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要用到可編程控制器、電機(jī)控制器和數(shù)字電源轉(zhuǎn)換器。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)之間的互操作性需要標(biāo)準(zhǔn)的通信和控制協(xié)議。可靠、安全和穩(wěn)定的運(yùn)行將確保流程的效率和有效性。此外，高效的電機(jī)運(yùn)行也非常關(guān)鍵。

　　通過(guò)提高精度和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，可以改善電機(jī)和數(shù)字電源的轉(zhuǎn)換效率。設(shè)計(jì)人員需要采用各種軟件工具來(lái)為越來(lái)越復(fù)雜的控制算法建模，這些控制算法需要提高處理器性能、增加片上閃存并提供更專業(yè)的外設(shè)，例如數(shù)量眾多的定時(shí)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和脈寬調(diào)制器。飛思卡爾公司認(rèn)為，最大的挑戰(zhàn)之一是，隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，確保安全性和可靠性將會(huì)變得更加困難。

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#　　飛思卡爾通過(guò)在不同代處理器和各種性能水平之間提供軟件兼容性，系統(tǒng)性能可以從100MIPS擴(kuò)展至50，000MIPS。這樣便允許在不同控制系統(tǒng)之間重用軟件，以降低開發(fā)和支持成本并縮短時(shí)間和減少風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)采用多協(xié)議支持的高集成度處理器能夠降低系統(tǒng)成本。飛思卡爾具有多款工業(yè)或汽車應(yīng)用認(rèn)證的可靠器件，例如，基于ARM Cortex-M4技術(shù)的Kinetis MCU，最多可提供200MIPS、2MB閃存及連接性和顯示器外設(shè)（圖4）。所有器件都集成了廣泛的連接性，許多器件也都集成了用于增加安全性的網(wǎng)絡(luò)加密、信任結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)融合。

　　圖4：飛思卡爾Kinetis MCU基于ARM Cortex-M4技術(shù)，最多可提供200MIPS、2MB閃存、連接性和顯示外設(shè)。

賽靈思公司工業(yè)市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理Yvonne Lin認(rèn)為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)控制和機(jī)器視覺(jué)將會(huì)有快速發(fā)展（圖5）。這些應(yīng)用要求具有卓越的性能和足夠的處理能力，因?yàn)樗羞@些應(yīng)用都對(duì)性能提出了更高的要求，而足夠的處理能力則是實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的必要條件。以電機(jī)控制為例，賽靈思FPGA在不到4μs的時(shí)間內(nèi)即可閉合電流環(huán)，而傳統(tǒng)的MCU則需要50μs時(shí)間。

　　圖5：賽靈思公司工業(yè)市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理Yvonne Lin。

　　對(duì)于轉(zhuǎn)移到新技術(shù)和實(shí)施的客戶來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)復(fù)雜性和設(shè)計(jì)周期是常見的挑戰(zhàn)。為了確保技術(shù)跨越的平穩(wěn)進(jìn)行，客戶希望從供應(yīng)商得到已經(jīng)驗(yàn)證的解決方案以及指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫過(guò)渡，從而縮短設(shè)計(jì)周期并最大限度地減少風(fēng)險(xiǎn)。

　　針對(duì)上述所有應(yīng)用驗(yàn)證的解決方案，賽靈思及其合作伙伴提供了廣泛的附屬資料、IP、硬件平臺(tái)和參考設(shè)計(jì)，以縮短設(shè)計(jì)周期。客戶正在利用FPGA來(lái)滿足不斷變化的系統(tǒng)要求和提供差異化產(chǎn)品，進(jìn)而為最終客戶提供卓越的增值服務(wù)而不是提供與其他廠商相同的解決方案。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的最佳途徑就是充分利用FPGA固有的靈活性。