工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)性和可靠性有著近乎嚴(yán)苛的要求，而 FPGA 恰好能夠完美契合這些需求。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，從可編程邏輯控制器（PLC）到機(jī)器人控制，F(xiàn)PGA 無處不在。以伺服電機(jī)控制為例，F(xiàn)PGA 能夠利用其硬件并行性，快速、精確地生成控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、位置等參數(shù)的精細(xì)調(diào)控，確保生產(chǎn)線上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、高效。在電力系統(tǒng)監(jiān)測與控制中，F(xiàn)PGA 的低延遲特性發(fā)揮得淋漓盡致。它能夠?qū)崟r(shí)處理來自大量傳感器的數(shù)據(jù)，快速檢測電網(wǎng)狀態(tài)的異常變化，如電壓波動(dòng)、電流過載等，并迅速做出響應(yīng)，及時(shí)采取保護(hù)措施，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供堅(jiān)實(shí)保障 。FPGA 設(shè)計(jì)仿真需覆蓋各種邊界條件。福建工控板FPGA編程
FPGA在工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。工業(yè)系統(tǒng)要求設(shè)備具備高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。FPGA可以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)采集和處理，對工業(yè)現(xiàn)場的傳感器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析。例如在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，F(xiàn)PGA能夠處理來自溫度、壓力、位置等傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行精確，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，F(xiàn)PGA還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)算法，如伺服電機(jī)的位置、速度和轉(zhuǎn)矩等，為工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床提供精確的運(yùn)動(dòng)。在工業(yè)通信方面，F(xiàn)PGA支持多種工業(yè)總線協(xié)議，如PROFINET、EtherCAT等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的高速通信和數(shù)據(jù)交換。此外，F(xiàn)PGA的可重構(gòu)特性使得工業(yè)系統(tǒng)能夠根據(jù)生產(chǎn)需求的變化調(diào)整策略，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展提供了有力支持。 福建了解FPGA解決方案FPGA 的靜態(tài)功耗隨制程升級(jí)逐步降低。
FPGA在工業(yè)自動(dòng)化PLC替代方案中的定制開發(fā)可編程邏輯控制器（PLC）在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用，但存在靈活性不足等問題。我們基于FPGA開發(fā)了高性能PLC替代方案，通過自定義硬件邏輯實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的梯形圖、功能塊等編程方式，同時(shí)支持C語言與Verilog混合編程，極大提升開發(fā)靈活性。在運(yùn)動(dòng)控制方面，F(xiàn)PGA可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8軸伺服電機(jī)，通過插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)高精度軌跡控制，定位精度達(dá)到±，較傳統(tǒng)PLC方案提升50%。在某汽車生產(chǎn)線的應(yīng)用中，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷時(shí)間從30分鐘縮短至5分鐘，生產(chǎn)線整體效率提高25%。此外，系統(tǒng)還具備熱插拔功能，當(dāng)某一模塊出現(xiàn)故障時(shí)，可在不中斷生產(chǎn)的情況下進(jìn)行更換，有效保障工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性。
FPGA的時(shí)鐘管理技術(shù)解析：時(shí)鐘信號(hào)是FPGA正常工作的基礎(chǔ)，時(shí)鐘管理技術(shù)對FPGA設(shè)計(jì)的性能和穩(wěn)定性有著直接影響。FPGA內(nèi)部通常集成了鎖相環(huán)（PLL）和延遲鎖定環(huán)（DLL）等時(shí)鐘管理模塊，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的生成、分頻、倍頻和相位調(diào)整等功能。鎖相環(huán)能夠?qū)⑤斎氲膮⒖紩r(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行倍頻或分頻處理，生成多個(gè)不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，滿足FPGA內(nèi)部不同邏輯模塊對時(shí)鐘頻率的需求。例如，在數(shù)字信號(hào)處理模塊中可能需要較高的時(shí)鐘頻率以提高處理速度，而在控制邏輯模塊中則可以使用較低的時(shí)鐘頻率以降低功耗。延遲鎖定環(huán)主要用于消除時(shí)鐘信號(hào)在傳輸過程中的延遲差異，確保時(shí)鐘信號(hào)能夠同步到達(dá)各個(gè)邏輯單元，減少時(shí)序偏差對設(shè)計(jì)性能的影響。在FPGA設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)的布局也至關(guān)重要。合理的時(shí)鐘樹設(shè)計(jì)可以使時(shí)鐘信號(hào)均勻地分布到芯片的各個(gè)區(qū)域，降低時(shí)鐘skew（偏斜）和jitter（抖動(dòng)）。設(shè)計(jì)者需要根據(jù)邏輯單元的分布情況，優(yōu)化時(shí)鐘樹的結(jié)構(gòu)，避免時(shí)鐘信號(hào)傳輸路徑過長或負(fù)載過重。通過采用先進(jìn)的時(shí)鐘管理技術(shù)，能夠確保FPGA內(nèi)部各模塊在準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)控制下協(xié)同工作，提高設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性，滿足不同應(yīng)用場景對時(shí)序性能的要求。 智能電表用 FPGA 實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)量功能。
FPGA在無人機(jī)集群協(xié)同控制中的定制化開發(fā)無人機(jī)集群作業(yè)對實(shí)時(shí)性、協(xié)同性和抗干擾能力要求極高，傳統(tǒng)控制方案難以滿足復(fù)雜任務(wù)需求。在該FPGA定制項(xiàng)目中，我們構(gòu)建了無人機(jī)集群協(xié)同控制系統(tǒng)。通過在FPGA中設(shè)計(jì)的通信協(xié)議處理模塊，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)間的低延遲數(shù)據(jù)交互，通信延遲控制在100毫秒以內(nèi)，保障集群內(nèi)信息快速同步。同時(shí)，利用FPGA的并行計(jì)算能力，實(shí)時(shí)處理多架無人機(jī)的位置、姿態(tài)和任務(wù)指令數(shù)據(jù)，支持上百架無人機(jī)的集群規(guī)模。在協(xié)同算法實(shí)現(xiàn)上，將一致性算法、編隊(duì)控制算法等部署到FPGA硬件邏輯中。例如，在模擬物流配送任務(wù)時(shí)，無人機(jī)集群能根據(jù)動(dòng)態(tài)環(huán)境變化，快速調(diào)整編隊(duì)陣型，繞過障礙物，精細(xì)抵達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)。此外，針對無人機(jī)易受電磁干擾的問題，在FPGA中集成自適應(yīng)抗干擾算法，當(dāng)檢測到干擾信號(hào)時(shí)，自動(dòng)切換通信頻段和編碼方式，在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，數(shù)據(jù)傳輸成功率仍能保持在90%以上，極大提升了無人機(jī)集群作業(yè)的可靠性與穩(wěn)定性。 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中 FPGA 增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性。安徽賽靈思FPGA學(xué)習(xí)視頻
FPGA 的 I/O 引腳支持多種電平標(biāo)準(zhǔn)配置。福建工控板FPGA編程
FPGA 的發(fā)展歷程 - 發(fā)明階段：FPGA 的發(fā)展可追溯到 20 世紀(jì) 80 年代初，在 1984 - 1992 年的發(fā)明階段，1985 年賽靈思公司（Xilinx）推出 FPGA 器件 XC2064，這款器件具有開創(chuàng)性意義，卻面臨諸多難題。它包含 64 個(gè)邏輯模塊，每個(gè)模塊由兩個(gè) 3 輸入查找表和一個(gè)寄存器組成，容量較小。但其晶片尺寸非常大，甚至超過當(dāng)時(shí)的微處理器，并且采用的工藝技術(shù)制造難度大。該器件有 64 個(gè)觸發(fā)器，成本卻高達(dá)數(shù)百美元。由于產(chǎn)量對大晶片呈超線性關(guān)系，晶片尺寸增加 5% 成本便會(huì)翻倍，這使得初期賽靈思面臨無產(chǎn)品可賣的困境，但它的出現(xiàn)開啟了 FPGA 發(fā)展的大門。福建工控板FPGA編程
