先楫高性能MCU在多轴伺服控制的应用

随着近年来工业机器人、电子制造设备等产业的快速扩张，伺服系统在新兴产业中应用也越来越广。未来几年伺服市场（包括交流伺服、直流伺服、编码器、CNC控制器等产品）将实现30～40%左右的增速，预计2025年我国伺服系统市场规模将达到190亿元，同比增长12.4%。 在市场规模持续扩大的同时，伺服系统本身也呈现出新的特点：

高精度、高性能：采用更高精度的编码器，具有更高的采样精度和数据位数；

小型化：体积和重量不断变小，从而使机械设备的安装和使用更加便捷；

集成化：伺服系统本身集成度更高，如集成各种编码器的接口、Ether CAT通讯等；此外还有多轴集成的趋势，如单芯片实现2轴、3轴等多轴伺服控制。

要实现更高性能、更高集成度的伺服系统设计，主控MCU的选择非常关键。在伺服系统主控MCU处理器内核的选择上，除传统的Arm外，现在还有RISC-V。得益于RISC-V本身的简洁性和模块化设计，CPU能运行在更高的频率，带来更高的性能。因此，基于RISC-V的MCU能让伺服系统实现更高性能及更高的集成度。

MCU的性能是从两个维度来衡量的：一个是CPU的性能，一个是外设的性能。CPU主频类似于速度，对于同一种架构的MCU，主频越高，MCU的速度就越快。处理器内核架构是影响处理器性能的关键因素，先进的架构具有更强大的指令集和更优秀的运算单元，因而拥有更为强大的算力。一般来说，越先进的内核架构，在单位时间内可以执行的指令数和处理数据的数量就越多。MCU的与伺服电机控制相关的外设包括用来采样电压和电流的模/数转换器（ADC）、能产生 PWM 信号的脉冲宽度调制器（PWM）等，这些外设的性能也决定了MCU的性能。

HPM6750就是上海先楫半导体公司开发的采用RISC-V 内核、具有高主频及创新总线架构的高性能MCU。HPM6750的CPU主频高达816MHz，模拟外设包括4组共32路精度达2.5ns的PWM、3个12位高速ADC以及1个16位高精度ADC，其性能在市场同类产品中居于领先水平。同时，上海先楫半导体公司还提供基于高性能MCU的各种解决方案，如伺服驱动、PLC、工业网关等，是工业4.0整体解决方案提供者！

▲HPM为工业4.0提供全面的解决方案

解决方案分享

先楫高性能MCU在多轴伺服控制的应用

案例一：三轴伺服运动控制，1分钟绘制世界地图

先楫的生态合作伙伴采用先楫半导体超高性能HPM6750开发的三轴伺服数控机床解决方案，以HPM6750作为主控，单芯片实现了三轴伺服电机的运动控制，可以1分钟绘制世界地图并延伸至各种三轴伺服结构应用。

在三轴伺服方案中，X轴、Y轴、Z轴协同工作，在伺服控制中接入插补算法，完成世界地图绘制。下面的视频演示了在三轴伺服运动控制下绘制世界地图的过程，不到1分钟就可绘制一个基本的世界地图。

三轴伺服方案适用于诸多场景，如枕式包装机、三轴机械手系统等应用。案例二：单芯片四轴伺服运动控制，更稳、更快、更准在当前的工业应用中，多轴伺服运动控制系统对响应时间、响应速度和稳定性等指标要求越来越高。传统的四轴伺服运动控制系统多采用模块化方式集成，以及HMI+Ether CAT/NVUC等控制器+伺服驱动器（由多个组成）的拓扑结构，所挂载的伺服驱动器越多，数据传输和处理就越复杂，从而使控制精度、实时性和同步性能受到限制。

▲市面工业应用多轴伺服运动控制系统

先楫合作伙伴采用先楫半导体超高性能HPM6750开发的四轴伺服解决方案以HPM6750作为主控，单芯片实现了HMI与四轴伺服电机的运动控制，稳定性好、响应速度快、控制精度高。

四轴伺服电机运动无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据的采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。下面的视频演示了通过UI交互的四轴伺服电机运动。

高性能驱动

HPM6750芯片介绍

HPM6750采用双RISC-V内核，主频达816MHz，凭借先楫半导体的创新总线架构、高效的L1缓存和本地存储器，创下了高达 9220CoreMark和高达 4651 DMIPS 的 MCU 性能新纪录。

除了高算力RISC-V CPU，HPM6700系列产品还创造性地整合了一系列高性能外设，包括支持2D图形加速的显示系统、高速USB、千兆以太网、CAN FD等通讯接口，高速12位和高精度16位模数转换器，面向高性能电机控制和数字电源的运动控制系统。

与ARM Cortex-M家族中性能领先的M7相比，HPM6750的 Coremark/MHz 跑分高出约10%。

▲HPM6750系统框图

以上为本期分享内容，感谢立功科技·求远电子提供与先楫联合开发的应用解决方案。期待后续有更多的干货内容可以分享给大家，欢迎关注并推荐“先楫半导体HPMicro”及“先楫芯上人”。  

审核编辑 ：李倩