AMD Kria家族再度迎新，电机控制方案5步掌握

shuszhao

AMD今日宣布推出AMD Kria™ K24系统模块(SOM)和KD240驱动器入门套件，这是Kria自适应SOM及开发者套件产品组合的最新产品。AMD Kria K24 SOM能以小尺寸提供高能效计算，面向成本敏感型工业和商业边缘应用，先进的集成扇出(Integrated Fan-Out，InFO)封装令K24尺寸仅为信用卡一半大小，与此同时，功耗也是连接器相兼容的更大尺寸Kria K26 SOM的一半。
Kria SOM产品组合中的首款产品，是2021年4月专门针对智慧城市和智能工厂中的视觉AI应用打造的Kria K26以及与之配套的Kria KV260视觉AI入门套件；2022年嵌入式视觉峰会上，AMD又推出了Kria KR260机器人入门套件。作为一款面向机器人的可扩展、开箱即用型开发平台，Kria KR260协同Kria K26自适应SOM，能提供无缝的生产部署路径。

                               
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SOM的准确定义是“位于系统核心的小尺寸嵌入式PCB(包括处理器、DDR、外设)”，属于板卡级而非芯片级设计，直接插入最终产品即可进行生产部署。核心思路是希望通过前期对软件工具的大量投入，让没有FPGA开发背景的软件开发人员同样可以在设计环境里对赛灵思的Alveo/SOM做后续的开发，加快部署速度。
与芯片缩减设计(chip-down design)相比，Kria SOM允许开发者从设计周期中更为成熟的节点入手，进而将部署时间缩短多达9个月。

开箱即用的电机控制方案


之所以要关注电机控制领域，按照AMD工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona的说法，是因为“当前无处不在的电机消耗了全球工业能源总用量的70%”、“SiC/GaN等新材料和新的电机类型提升了效率与性能”，行业需要更高性能的数字信号处理来实现这些新效率，毕竟即使驱动系统效率提升1%，也将对全球用电量产生最显著影响。

                               
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AMD工业、视觉、医疗与科学高级总监Chetan Khona

K24 SOM主要面向电机系统、工厂自动化机器人、发电、电梯与列车等公共交通、手术机器人和磁共振成像(MRI)床体等医疗设备以及电动汽车充电站等应用，具备定制打造的Zynq™ UltraScale+™ MPSoC器件，配套的KD240入门套件是一款价格低于400美元的、基于FPGA的电机控制套件。与其它基于处理器的控制套件相比，KD240支持开发人员在设计周期中更为成熟的节点入手，使入门级开发人员能够轻松使用。

                               
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此外，为了满足用于工业环境的资格，K24 SOM所支持的设计流程比此前任何一代产品都要多。其中包括Matlab Simulink等常见的设计工具与Python等语言，以及其对PYNQ框架广泛的生态系统支持。此外，它还支持Ubuntu和Docker，软件开发人员也可在使用AMD Vitis™电机控制库的同时，保持对传统开发流程的支持。
“K24 SOM不但不会取代之前的K26 SOM，而且还带有连接器和K26 SOM兼容，以实现可扩展性，两者互补性更强。”Chetan Khona强调称，尽管基于同样的Zynq UltraScale+ MPSoC架构，但K24 SOM I/O数量要比K26 SOM少，LPDDR数量也只是K26 SOM的一半，对于更关注尺寸、功耗、成本等方面的设计，K24 SOM无疑是更为理想的选择。此外，在人工智能(AI)推理、深度神经网络、工业物联网领域，K24 SOM同样能够发挥巨大作用。
如果以机器人应用为例，那么KR260将负责机器人的行动和传动，KV260可用于摄像头与机器视觉，KD240更像是机器人的肌肉，可以来控制机器人的行动和传动。
结合KD240驱动器入门套件这款开箱即用的、基于电机控制的开发平台使用时，产品便可提供利用K24 SOM进行量产部署的无缝路径。用户可以快速启动并运行，从而加快电机控制和DSP应用上市进程，而无需具备FPGA编程专业知识。

构建高能效DSP解决方案


Chetan Khona认为，为了构建高能效DSP解决方案，与嵌入式计算当中的其它架构相比，以FPGA为代表的自适应技术会更有优势。下图比较了标准DSP处理器和FPGA的处理流程，可以看到，得益于完全并行的计算流程，FPGA在时延、功耗、灵活应变性和独立性方面都会更具优势。

                               
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如果与MCU相比，Chetan Khona的看法是，如果只控制电机，MCU的确是不错的选择，但在当代工业物联网的大环境下，还要顾及功能安全、网络安全、人工智能、预测性维护等多个方面，MCU就有些“力不从心”，而K24 SOM则可以支持以上所有的功能。
可以实现K24 SOM到K26 SOM的无缝转换，被Chetan Khona视作可能是“客户最喜欢的功能之一“。例如在引脚方面，K26 SOM有两个连接器，每个都是240引脚；K24 SOM也有两个连接器，一个是240引脚，另一个是40引脚，系统架构师可以只设计一张单独的载卡在K24 SOM和K26 SOM间来回转换，从而平衡高能效系统的功耗、性能、尺寸和成本。
同时，K24 SOM的内部库和生态系统解决方案支持包括感应电机、永磁电机、磁阻电机和伺服电机在内的所有电机类型。KD240由可选的电机配件包(MACCP)提供支持，未来还将提供可单独购买的附加电机套件，为开发人员带来强化的加速体验。

                               
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实际应用中，工程设计人员只需5个简单步骤，就能实现KD240驱动器套件的快速入门：
1. 连接micro-USB、以太网和电机配件包物品
2. 插入使用Ubuntu image编程的microSD卡
3. 接通入门套件和电机电源
4. 下载并安装“基于传感器的控制”加速应用
5. 从Ubuntu命令行启动并使用Jupyter Notebook进行定制
2021年初，当时的赛灵思还率先推出了应用商店(Xilinx App Store)，开创了半导体厂商的先河。目前，面向Kria KR260机器人入门套件，商店提供16款加速和演示应用；面向Kria KD240驱动器入门套件，加速和演示应用的数量超过25款，开发者可以在10分钟之内完成相关应用的快速试用流程。
K24 SOM提供商业和工业两种版本，专为10年工业生命周期而打造。前者今日开始供货，预计于第四季度供货的工业级SOM，除了支持扩展的温度范围，还包括用于高可靠性系统的具有ECC保护的LPDDR4内存。

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