數字信號處理器DSP在工業(yè)控制、消費電子、雷達圖像傳感等諸多領域都有很多的應用，這得益于DSP接口簡單、集成方便、可重復性好。DSP在機器人系統(tǒng)的應用隨著數字信號處理技術的發(fā)展也在不斷深入。

在此前關于DSP在機器人系統(tǒng)中應用的文章中我們曾了解到，DSP在視覺應用上設計彈性非常高，相比于Cortex-M4架構內建浮點運算單元只能實現低階影像訊號處理，以及x86架構下工控平臺的大功耗高成本，DSP在視覺應用上的都是性能和成本的絕佳選擇。而在運控上，雖然DSP和MCU在控制上爭奪還沒有那么激烈，但隨著機器人控制系統(tǒng)對實時性、數據量以及計算要求的不斷提升，高速高性能的DSP也備受青睞。

機器人DSP運控設計

目前國內外的機器人大多數都采用上位機和下位機結合控制的方式，上位機發(fā)出機器人的控制命令，上位機和下位機經過通訊完成機器人的控制指令。下位機就是機器人的控制器，負責完成機器人的運動控制，在整個控制系統(tǒng)處于核心的地位，不僅要處理上位機發(fā)送來的命令，還要向上位機反饋傳感器信息，實現精確控制機器人運動的目標。

在工業(yè)機器人系統(tǒng)控制設計中，DSP在數字處理部分扮演了重要角色。上位機發(fā)出控制命令（運動控制命令和機械手控制命令），DSP對接收的數據進行解析，獨立（或者與FPGA一起）完成整個系統(tǒng)的電機控制和機械手控制。DSP控制設計中DSP運算速度直接影響整個閉環(huán)運控的精度。

這一塊市場被TI、ADI、NXP等國際大廠主導，多年的硬件研發(fā)經驗和完善的軟件開發(fā)環(huán)境，用戶生態(tài)都較為完備，在機器人應用中也多以這些大廠的DSP為主。TI的C2000系列的DSP 芯片、ADI的ADSP-21xx系列都廣泛應用于運動控制領域。

就TI的產品線來說，市面上最常見的就是用最普通的C2000系列DSP來做，性價比高；高端一點的用C55x系列，運算性能提升功耗更低；而TI官網推薦的C6654 DSP屬于更高性能場景才會用到的DSP，850MHz的內核速度每個周期能夠執(zhí)行8次單精度浮點MAC運算，并且可執(zhí)行雙精度和混合精度運算。這種性能的內核即便是高性能的自動化運控場合也完全沒有問題。

一般來說，主機不會直接和DSP通訊，都通過共用內存來交換數據。共享內存的通信方式相對來說可以給整個控制更快的數據交換，像C6654 DSP因為采用KeyStone架構，配置了多種創(chuàng)新組件和技術，器件內和器件間的通信會更快一些。

機械手的控制利用DSP的ePWM模塊完成，DSP根據求解出的機械手各個關節(jié)的關節(jié)角，控制各個舵機的運動以達到末端期望目標的位姿。

國內像青島本原微電子的高端DSP芯片，中科昊芯基于開源指令集架構RISC-V的DSP芯片在機器人DSP應用上也頗有建樹。上圖中中科昊芯的32位RISC-V DSP基于自研的H28x內核，200MHz主頻并增強了存儲配置了ePWM等增強型外設，基于FPU浮點處理單元與自定義浮點指令專門支持高性能FOC、多電平控制，在控制領域應用頗多。

單芯片DSP集成進SoC成主流

從全球領先廠商TI、ADI的產品更新來看，DSP從單核發(fā)展到同構多核再到異構多核，現在要么使用單芯片DSP模式，要么以處理單元的形式集成在SoC中。

機器人應用往多核異構架構的發(fā)展才能兼顧算力和擴展性，這一趨勢很明顯。且不說視覺應用里DSP在性能及成本考量上應用于機器視覺的主、次系統(tǒng)中都較為適宜（不論是單顆DSP還是內嵌多核心DSP以及中央處理器SoC方案）。在機器人控制應用里，市面上獨立DSP的方案也肉眼可見得越來越少，獨立DSP正在越來越多地轉向SoC的一個處理單元。

小結

運動控制的發(fā)展無疑是向著更智能更精準這一方向，機器人的快速發(fā)展也離不開控制系統(tǒng)的優(yōu)異性能。不斷復雜化智能化的控制系統(tǒng)，不僅對DSP廠商，對整個上游核心芯片供應商來說都是一次發(fā)展的契機。