芯耀
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2025年5月13日，由芯原股份主辦的以“具身智慧機器人”為主題的“第十五屆松山湖中國IC創(chuàng)新高峰論壇”正式在東莞松山湖召開。在此次論壇上，珠海極海半導體實時控制產(chǎn)品線高級經(jīng)理盧鵬升先生推介了面向具身機器人的高性能、高安全實時控制MCU/DSP——G32R501。
隨著機器人從傳統(tǒng)工業(yè)領域發(fā)展至醫(yī)療、農業(yè)等更廣泛的領域，對整個機器人控制系統(tǒng)帶來更高的挑戰(zhàn)。盧鵬升認為這當中最關鍵的是需要解決高爆發(fā)、高動態(tài)、高精度和高安全這四方面的挑戰(zhàn)：
1、高爆發(fā)：需要運行復雜的控制策略和算法，能夠應對瞬時輸出大功率；
2、高動態(tài)：整個控制系統(tǒng)需要快速調整動作和姿態(tài)，以滿足快速變化的場景和控制任務；
3、高精度：要求機器人能夠支持高精度的感知及控制，以微小的誤差完成精細任務；
4、安全：支持故障診斷及安全保護機制，保障復雜環(huán)境運行的安全與穩(wěn)定。
面對機器人控制系統(tǒng)的新需求，極海半導體也發(fā)布了首款基于Arm Cortex-M52雙核的實時控制MCU G32R501。盧鵬升表示，“首先機器人需要一個高性能的大腦，所以這個芯片具備2個大腦+2個小腦；第二，機器人要做高精度的感知，對應MCU要做高精度的感知，不僅配置高精度的ADC，還配置用了高精度的DAC；同時還要有針對控制的部分，針對輸出的部分，以及針對安全的部分?！?/p>
具體來看，這款MCU采用40nm eFlash先進工藝，在核心的運算處理方面，具備250MHz主頻Cortex-M52雙核架構，主頻高達250MHz，支持Arm Helium?技術，通過支持自定義數(shù)據(jù)通路CDE接口，可擴展極海自主研發(fā)的紫電數(shù)學指令擴展單元，大幅縮短數(shù)學計算時間、降低CPU訪問延時，從而提升系統(tǒng)整體實時性和智能化。在實時性能及邊緣AI性能方面，單核性能較競品提升2-2.5倍。
靈敏的信號采集能力也是G32R501的一大亮點，其配備了3.45Msps 12位ADC、高分辨率捕獲CAP、增強型QEP等先進模塊，能夠實現(xiàn)高精度的信號感知和采集，滿足機器人對環(huán)境信號的快速、精準捕捉需求。
在控制輸出方面，G32R501集成了豐富的高性能感知、控制外設和靈活的外設互聯(lián)系統(tǒng)，包括150ps分辨率高精度PWM、靈活可編程邏輯單元、高精度DAC的比較器，可精準控制執(zhí)行器的動作和姿態(tài)，確保機器人在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定運行。
在安全性方面，G32R501支持代碼安全防護、丟失時鐘檢測電路等多重安全增強功能，滿足IEC 61508 SIL2硬件標準，結合軟件診斷和STL庫，系統(tǒng)級功能安全可達CL3級別。同時，該芯片基于車規(guī)工業(yè)平臺打造，通過了AEC-Q100 Grade1認證，支持-40℃~125℃工作溫度范圍，可高效滿足中高端應用市場對于高性能、高集成、高安全、高可靠等芯片性能需求。
盧鵬升表示，衡量一個實時MCU的性能，不能只看其CPU的內核架構、主頻、ADC等方面的數(shù)據(jù)，而是需要衡量從采量到實現(xiàn)算法、控制全鏈路的實時性能。對應從采量到完成控制所需要的相對周期數(shù)做的綜合評估。
根據(jù)極海公布的G32R501閉環(huán)性能實測（基于TI C2000標準及測試代碼）數(shù)據(jù)顯示，與TI C2000相比，G32R50可以做到同等運行效能。同時考慮到Cortex-M52主頻比一般MCU的內核主頻更高，所以加速性能會更高。
為了配合客戶更好做方案的開發(fā)，極海也提供準量產(chǎn)級的參考設計，是總線型的高壓伺服控制器。極海還做了對應六軸機械臂。客戶從原有方案升級到G32R501相關的性能測試對比顯示，G32R501可以實現(xiàn)90%的慣量比，比客戶原有方案有大幅度提升；在高速3000rpm轉情況下，轉速波動也比原有方案更好；整個系統(tǒng)的極限頻率，做到1.3倍的提升；整個時間運算，完成整個伺服控制預算，從原先40秒降低到17微秒。無論是精度、還是性能相比原有方案都有比較好的提升。另外還有快速電流環(huán)的標準，G32R501可以做到單核0.76微秒電流環(huán)，這個TI C2000系列更好。
從2018年開始，極海就有與很多工業(yè)頭部客戶進行很好的合作。截止到目前，整個極海半導體產(chǎn)品廣泛應用機器人控制單元，包括實時控制DSP的MCU系列、針對電機專用的SoC等。在編碼器方面，極海在工業(yè)領域編碼器市場的占有率也非常高，目前極海還有編碼器的解碼芯片；針對視覺感知系統(tǒng)部分，極海擁有超聲波雷達芯片，不僅在車上實現(xiàn)量產(chǎn)，也已經(jīng)跟機器人非常頭部的客戶建立合作。
為了更好地服務客戶，極海半導體不僅提供高性能的芯片產(chǎn)品，還打造了“芯片+算法+參考設計” 一站式電機系統(tǒng)方案。針對不同的電機類型和應用場景，如 BLDC、PMSM、步進電機等，提供了豐富的控制方式和算法支持，滿足機器人在機械臂、機器人關節(jié)、工業(yè)機械手等細分領域的多樣化需求。
最后，盧鵬升還透露了極海即將推出的兩款新品：一個是APM32F427工業(yè)級高性能MCU，這個芯片從運算性能，以及實時控制性能，做到跟國內和國際領先水平，第二個就是國內首款編碼器解碼專用MCU G32R430，具有非常高精度的ADC。
關于極海半導體
極海半導體納思達的子公司，成立于2004年，主要服務于母公司，最早是做加密ASIC，并于2012年發(fā)布國產(chǎn)首款打印機專用多核加密加密SoC芯片。隨后將業(yè)務擴展至MCU領域，并成功進入了工業(yè)、汽車等市場。目前極海擁有六大芯片研發(fā)中心，多個研發(fā)合作基地，超600人研發(fā)團隊。截至2024年12月，極海已累計申請知識產(chǎn)權數(shù)量超過1500項，累計獲得超過1200多項授權。
編輯：芯智訊-浪客劍
