日前，在第十五屆松山湖中國IC創(chuàng)新高峰論壇上，珠海極海半導(dǎo)體實時控制MCU/DSP產(chǎn)品線高級產(chǎn)品經(jīng)理盧鵬升，介紹了公司最新推出的G32R501，面向具身機器人的高性能、高安全實時控制MCU/DSP。此外，該產(chǎn)品還適用于新能源逆變器、商業(yè)電源、工業(yè)自動化、新能源汽車等廣泛領(lǐng)域。

珠海極海半導(dǎo)體實時控制MCU/DSP產(chǎn)品線高級產(chǎn)品經(jīng)理盧鵬升

隨著機器人從傳統(tǒng)工業(yè)機器人向更多應(yīng)用邊界拓展，給整個機器人控制系統(tǒng)帶來了更高的挑戰(zhàn)。盧鵬升總結(jié)了四個“高”以及對應(yīng)的需求。分別為高爆發(fā)——需要運行復(fù)雜的控制策略和算法，能夠瞬時輸出大功率。高動態(tài)——控制系統(tǒng)需要快速調(diào)整，滿足場景及任務(wù)的瞬變。高精度——需要機器人執(zhí)行任務(wù)的準(zhǔn)確性。高安全——由于存在與人的協(xié)助，或者機器人與關(guān)鍵設(shè)施的交互，功能安全和信息安全是一切基礎(chǔ)，需要控制系統(tǒng)提供故障診斷機制和安全保護機制。

面對機器人控制系統(tǒng)新的“四高需求”，極海半導(dǎo)體發(fā)布了雙核Cortex—M52的G32R501 MCU，產(chǎn)品特性包括高性能的大腦，高精度的感知，高精度的執(zhí)行以及高安全保護。

盧鵬升詳細解讀了G32R501這顆全球首款基于Cortex-M52雙核實時控制MCU。

高效運算處理

結(jié)合性能、工作溫度、可靠性和成本等多方面考慮，G32R501采用了雙核Cortex-M52，可以較好地均攤處理能力，Cortex-M52內(nèi)核也是Arm優(yōu)化實時控制系統(tǒng)的較新內(nèi)核。作為Arm中國自主開發(fā)的基于Arm v8.1-M架構(gòu)的新一代處理器，Cortex-M52針對中國市場需求進行了優(yōu)化升級，在保持Cortex-M4F、Cortex-M33遷移便捷的基礎(chǔ)上，DSP性能提升了2.7倍，ML性能提升了5.6倍，可實現(xiàn)更高級別的機器學(xué)習(xí)和數(shù)字信號處理能力。

隨著控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，需要有較強的并行處理能力，一個內(nèi)核跑電機驅(qū)動，另外一個內(nèi)核可以同時進行數(shù)據(jù)處理、診斷、故障識別，實現(xiàn)了較強的靈活性。另外除了兩個大腦之外，極海還自研了紫電數(shù)學(xué)運算拓展單元，支持基于矢量擴充方案（MVE）的Arm Helium技術(shù)。針對電機和電源控制所需要的算法，提供高效的算法和加速。

盧鵬升表示，相對于基于總線的硬件加速和基于協(xié)處理器接口的硬件加速相比，處理器內(nèi)部也就是通過自定義指令集的方式實現(xiàn)的硬件加速更加效率。得益于Arm Cortex-M52支持定制化的擴展指令集方式，以及TCM零延遲緊耦合內(nèi)存，使得紫電數(shù)字指令擴展單元大幅縮短了數(shù)學(xué)計算時間，并有效降低了CPU訪問延遲，這對于實時控制而言至關(guān)重要。

盧鵬升以德州儀器的C2000 MCU為例，C2000衡量實時性的關(guān)鍵不是單純的比拼MHz，也不是ADC等外設(shè)數(shù)據(jù)，而是衡量從采樣到實現(xiàn)控制算法的全鏈路實時性能，通過完成的相對周期數(shù)做為綜合評估。這也是C2000一直以來的DSP優(yōu)勢，可以以Arm一半主頻實現(xiàn)通常Arm核實時具身系統(tǒng)。而實際測試結(jié)果顯示，G32R501可以做到與C2000做到同等運行效能，考慮到Arm主頻高于C2000，所以加速性能是翻倍的。

提供量產(chǎn)級參考設(shè)計

盧鵬升介紹，為了配合客戶做方案開發(fā)，極海提供了諸多準(zhǔn)量產(chǎn)級的參考設(shè)計，實現(xiàn)芯片+算法+參考設(shè)計的一站式服務(wù)。

尤其是在高壓伺服控制器以及六軸機械臂的關(guān)節(jié)驅(qū)動兩個流行應(yīng)用中。其中高壓伺服控制器應(yīng)用，在從C2000F2800xx方案替換為G32R501后，慣量比、轉(zhuǎn)速波動、極限頻率測試以及主中斷執(zhí)行時間上都實現(xiàn)了領(lǐng)先,另外在快速電流環(huán)測試中，G32R501實現(xiàn)了單核0.76μS，同樣比C2000更好。

針對六軸機械臂，G32R501也實現(xiàn)了完美適配，甚至可以一顆芯片支持兩個電機，從而更小化系統(tǒng)。

另外，G32R501支持高精度無感控制方案，內(nèi)置觀測器，能夠進行位置自動計算和速度電流的推算。可在系統(tǒng)編碼器位置反饋失效情況下，雖然會損失控制精度，但卻可保證系統(tǒng)的安全控制。

極海半導(dǎo)體產(chǎn)品廣泛應(yīng)用機器人控制單元，包括實時控制的MCU系列，也包括針對電機應(yīng)用的專用SoC，以及超聲波雷達。

盧鵬升最后介紹了兩款即將推出的新品，包括采用Cortex-M4內(nèi)核的APM32F427工業(yè)級高性能MCU，以及國內(nèi)首款編碼器解碼專用MCU G32R430，具有16bit高精度ADC。

極海半導(dǎo)體成就

作為納思達子公司，極海半導(dǎo)體的前身極海微電子從2004年伊始，主要任務(wù)是服務(wù)于母公司，開發(fā)包括加密ASIC，安全卡等產(chǎn)品，2012年發(fā)布國產(chǎn)首款打印機專用多核加密加密SoC芯片。

2014年至2017年成為打印行業(yè)領(lǐng)先的國產(chǎn)加密安全芯片與方案供應(yīng)商，主導(dǎo)重大專項國產(chǎn)嵌入CPU規(guī)?；瘧?yīng)用。

2018年獲得Arm Cortex—M0+M3/M4F  CPU永久授權(quán)，并發(fā)布首款32位工業(yè)級通用MCU。

2019年進軍工業(yè)市場，極海半導(dǎo)體有限公司正式成立，同年發(fā)布多款A(yù)rm 32位工業(yè)通用MCU產(chǎn)品。

2022年進軍汽車市場，通過德國TUV萊茵ISO26262功能安全管理體系認證，9款車規(guī)級MCU通過SGS AEC—Q100認證。

2023年開始豐富模擬產(chǎn)品線，發(fā)布全新一代G32A汽車通用MCU，推出首款國產(chǎn)通用超聲波傳感和信號處理器。

2024年發(fā)布全球首款基于Cortex—M52雙核架構(gòu)的G32R501實時控制MCU/DSP；發(fā)布極海首款電機柵極驅(qū)動器；發(fā)布極海首款前燈LED矩陣控制IC。

極?，F(xiàn)建有六大芯片研發(fā)中心，多個研發(fā)合作基地，超600人研發(fā)團隊。