摘要：人工智能(AI)作为当时研讨的一个热门，作为机器人的“脚”，多功用智能移动渠道被提出了新的要求，不光需求完成高灵活性的移动才能和杰出的越障才能，并且要求台装备有多种传感器，合作机器人的“大脑”能够完成主动避障越障、自主进行途径规划、地图构建等功用。本文对多功用智能移动渠道电控体系的功用需求、体系组成、详细规划等进行了讨论，依据高牢靠处理器S698-T芯片进行规划，提出了杰出的解决计划。
要害词：人工智能(AI);S698-T;智能移动渠道;机器人
The research of multi-functional intelligent mobile platform electronic control system
Wenyue Dong,Guowei Lin,Wenhai Liang
(ZhuHai Orbita Control Engineering Inc. Guangdong, Zhuhai, 519080)
Abstract: Artificial intelligence (AI) as a hotspot in the research of the current. As the robot’s feet, multi-functional intelligent mobile platform was put forward the new requirements, Not only to achieve the high flexibility of mobile ability and good capability of obstacle, but also demand of various sensors. To realize automatic obstacle avoidance obstacle, autonomous for route planning, map building by the robot’s control system. The multifunctional intelligent mobile platform performance requirements of the electric control system, system composition, and detailed design are discussed in this paper. The design based on the high reliability chip S698-T to put forward a good solution.
Key words: Artificial intelligence (AI), S698-T, Intelligent mobile platform, robot
1 导言
近年来人工智能(AI)已成为国际上技术创新研讨的一个热门，各种工业机器人、服务机器人等机器人产品的运用日益广泛，而作为机器人的“脚”，机器人移动渠道也要具有丰厚的功用和高度的智能化，不光需求完成高灵活性的移动才能和杰出的越障才能，并且要求台装备有多种传感器，合作机器人的“大脑”能够完成主动避障越障、自主进行途径规划、地图构建等功用。
多功用智能移动渠道电控体系作为机器人移动渠道的“神经中枢”，是完成机器人移动渠道智能化规划的要害规划。本文剖析多功用智能移动渠道的功用功用需求，依据高牢靠嵌入式处理器S698-T芯片，提出一个多功用智能移动渠道电控体系的规划计划，为各种机器人移动渠道的规划供给一个杰出的解决计划。
2 体系需求
依据机器人移动渠道功用、功用要求，电控体系拟选用PC+嵌入式体系架构，由上位机体系和下位机体系两个部分组成，上位机选用PC+传感器完成，下位机依据高牢靠嵌入式SPARC架构处理器S698-T规划，上位机与下位机之间选用RS422总线进行数据/指令交互，预留CAN2.0总线通讯接口。
2.1 上位机功用需求
上位机作为多功用智能移动渠道的“大脑”，首要完成多功用智能移动渠道的视觉功用、地图构建以及导航等功用。
上位机要求选用Intel -X86 i5以上CPU的工业级嵌入式主板完成，并依据嵌入式主板的USB、PCIe、以太网、RS422以及SIM卡接口等外围接口，集成二维/三维激光(室内/外)传感器、相机(预留)、CAN总线通讯模块等外围模块
2.2 下位机功用需求
下位机作为多功用智能移动渠道的指令履行操控以及部分传感器的输入收集处理渠道，首要完成电机驱动操控功用以及红外测距、超声波测距等传感器输入参数收集处理功用，并经过RS422总线(备用CAN总线)与上位机树立通讯，详细需求如下：
1、主处理器：S698-T，主频100MHZ;
2、协处理器：FPGA;
3、板载内存：SRAM：1Mbit，FLASH：1Mbit;
4、供给7路红外测距传感器信号收集接口，接口为12bit的A/D收集输入，输入为最大3.3V模拟信号;
5、供给6路超声波测距传感器的输入接口，要求为信号电平为TTL3.3V的RS232接口，波特率可装备(4800bps ～ 115200bps);
6、供给1路GPS模块的输入接口，要求为信号电平为TTL3.3V的RS232接口，波特率可装备(4800bps ～ 115200bps);
7、供给3路惯导单元IMU的输入接口，接口要求为I2C接口，预留SPI接口;
8、供给6路PWM信号输出、18路IO信号输出(6路方向操控、6路使能操控、6路电机刹车信号)用于操控电机驱动，要求信号光耦阻隔5V输出;
9、供给6路IO信号收集，用于霍尔反应PWM捕获，输入信号为脉冲信号，最大频率为5KHz;
10、供给2路CAN2.0总线接口以及2路RS422总线接口，用于与上位机通讯;
11、供给对上位机进行电源上下电操控功用;
12、供给1路A/D用于电源电压收集，1路A/D用于温度收集;
13、具有温度收集功用，供给1路预留RS232接口;
14、作业温度：-40℃～+60℃;
3 体系组成
图1 体系框图
如图1所示，电控体系首要由上位机和下位机模块两部分组成，其间上位机包含以下组成部分：
1、嵌入式主板：1个;
2、CAN总线模块：1个;
3、二维/三维激光(室内/外)传感器：1个;
4、相机(预留)：1个;
下位机包含以下组成部分：
1、依据S698-T+FPGA操控器模块：1个;
2、红外测距传感器：7个;
3、超声波测距传感器：6个;
4、GPS模块：1个;
5、惯导单元IMU：3个;
6、电机及驱动模块：6组;
4 体系规划
本电控体系的上位机首要涉及到硬件选型以及软件开发，本文暂不对其规划打开胪陈，首要对下位机的规划计划进行胪陈。
下位机首要由主操控器模块以及电机驱动、超声波传感器、红外传感器、惯导模块等周边相关外设组成，其间主操控器模块依据S698-T规划，详细计划如下：
图2 依据S698-T+FPGA的操控器模块体系框图
如图2所示，下位机主操控器模块选用S698-T+FPGA的架构，S698-T作为主处理器，其外围规划SRAM、FLASH、硬件看门狗复位、时钟等模块，构成一个S698-T的最小体系，再依据外围接口需求，运用S698-T片内的4路RS232总线接口以及2路CAN总线接口，完成2路RS232接口、2路RS422接口以及2路CAN总线接口。
操控器模块选用FPGA作为协处理器，并经过并行总线将FPGA挂接在S698-T的IO空间上，完成与S698-T的协同处理。FPGA依据体系功用需求，片内规划了两个ADC操控器、6路串行总线操控器、6路PWM输出操控器、32路IO操控器、IIC/SPI接口操控器以及并行接口操控器等功用模块，一起外接相关驱动电路完成体系的接口需求。
操控器模块选用12V DC供电，板上规划有DC-DC电源模块，完成12VDC到+1.2VDC、+2.5VDC、+3.3VDC、+5VDC的转化，供板上相关器材运用。
4.1 主处理器规划
操控器模块的主处理器规划首要是S698-T最小体系+外围接口驱动电路的规划，S698-T最小体系首要包含S698-T、SRAM、FLASH、硬件看门狗复位电路、时钟电路以及调试用的DSU接口电路。
高牢靠处理器S698-T简介：
1、选用哈弗体系结构(Harvard architecture);
2、具有整型单元(IU：Integer Unit)：
Ø 32位RISC，选用SPARC V8(IEEE-1754)指令集;
Ø 5级指令流水(预取、译码、履行、存储、回写);
Ø 具有硬件乘法器和硬件除法器;
Ø 支撑MAC和UMAC等DSP指令;
3、浮点处理单元(FPU：Floating Point Unit)
Ø 遵从IEEE-754规范;
Ø 支撑单/双精度;
4、具有互相别离的大容量指令Cache 32K Bytes和数据Cache 16K Bytes;
5、片内总线遵从AMBA2.0规范，选用AHB总线联接片内高速设备，选用APB总线联接片内低速设备;
6、在线硬件调试支撑单元(DSU：Debug Support Unit)：
Ø 无需外置仿真器的支撑即可完成硬件在线直接调试;
Ø 可完成对内部资源(如寄存器、用户可用RAM等)的操作;
Ø 可完成程序断点设置;
7、集成存储器操控器(MCTRL：Memory Controller)：
Ø 支撑外部SRAM、SDRAM、ROM 以及MAP I/O等类型的存储器;
Ø SRAM、ROM及MAP I/O的数据总线宽度可经过软件装备成32/16/8 位三种形式;
Ø SRAM、ROM及MAP I/O的存取时间参数可装备;
Ø 支撑5个SRAM Bank、2个SDRAM Bank、2个ROM Bank、1个IO Bank;
Ø 寻址空间2048M Bytes;
Ø ROM寻址空间：512M Bytes;
Ø MAP I/O寻址空间：512M Bytes;
Ø SRAM/SDRAM寻址空间：1024M Bytes;
8、集成1553B 、ARINC429、CAN、串口等数据总线操控器;
9、集成多功用IO接口(MFIO)：
Ø 集成16路独立的多功用IO接口;
Ø 各路的输入或输入方向能够独立装备;
Ø 各路均能够输出周期、占空比、电平极性、脉冲数目等参数可调的PWM信号;
Ø 各路均具有输入脉冲计数功用;
10、集成定时器、看门狗、ADC、DAC等模块;
11、生产工艺：130nm CMOS;
12、作业频率：
Ø 最高主频(IUCLK)：200MHz;
Ø 最高外频(SYSCLK)：100MHz;
13、处理才能：
Ø 180MIPS@200MHz;
Ø 55MFLOPS(Double Precision)@200MHz;
14、峰值功耗：不高于1.5W@200MHz;
15、电源电压
Ø 3.3V±0.3V(IO);
Ø 1.2V±0.1V(CORE);
16、作业环境温度
Ø 工业级-40℃～+85℃(塑封PBGA352);
Ø 军等第-55℃～+125℃(陶封CBGA352);
操控器模块的主处理器的首要元器材选型如下：
1) 主操控器：S698-T，作业主频为100MHz;
2) SRAM：IS61LV51216-10TI，容量为512k*16bit;
3) FLASH：39VF040-90-4I-NH，容量为512k*8bit;
4) 看门狗：TPS3813K33MDBVREP;
5) 时钟：有源晶振，10MHz;
6) DSU接口/RS232总线接口驱动芯片：MAX3232ESE;
7) CAN总线驱动芯片：TJA1042t;
8) RS422总线驱动芯片：MAX488ESA;
9) 上位机电源操控开关：选用欧姆龙继电器G6k-2F;
4.2 协处理器规划
操控器模块的主处理器规划首要是FPGA最小体系+外围接口驱动电路的规划，FPGA规划包含硬件规划以及FPGA逻辑规划，关于FPGA逻辑规划本文只提出规划需求，详细如下：
1) 具有2个ADC操控器功用，ADC选用ADS8555;
2) 具有6路串口操控器功用，波特率可设置，收发缓存不小于32Byte;
3) 具有6路PWM输出操控器功用;
4) 具有32路IO输入输出功用，输入可辨认脉冲频率不小于5KHz;
5) 具有8路I%&&&&&%和SPI接口操控器功用;
6) 具有与S698-T进行交互的并行接口功用;
7) 时钟资源：时钟可选用S698-T的时钟输出作为FPGA时钟输入，一起FPGA外接33MHz晶振;
操控器模块的协处理器的首要元器材选型如下：
1) FPGA：选用Altera FPGA;
2) 时钟：有源晶振，33MHz;
3) ADC：选用ADS8555;
4) 光耦阻隔：HCPL-2630;
5) RS232总线接口驱动芯片：MAX3232ESE;
4.3电源供电规划
操控器模块选用+12VDC供电，模块内部需求用到的电源包含+5VDC、+3.3VDC、+2.5VDC、+1.2VDC，因而需求选用DC-DC模块芯片进行规划，详细选型如下：
1) 12V转5V：LM2596T_5.0;
2) 5V转3.3V：LT1963AMP-3.3V;
3) 5V转2.5V：LT1963AMP-2.5V;
4) 5V转1.2V：NCP565D2T12;
4.4 软件规划
依据高牢靠处理S698-T进行多功用智能移动渠道电控体系的规划，涉及到S698-T的操控软件规划，在此咱们引入了嵌入式实时多任务操作体系(EOS)–RTEMS，使用珠海欧比特操控工程股份有限公司开发的依据此操作体系的Orbita EOS嵌入式操作体系及其Orbita EOS 开发工具，可大大提高软件编程功率和牢靠性，详细可参阅(Orion4.0用户手册，www.myorbita.net)。
7 结束语
在当今人工智能的热潮下，多功用智能移动渠道的运用也日益广泛，各种运用场景对其电控体系提出了多种多样的要求，本文针对市道广泛的需求，提出一种依据S698-T的多功用智能移动渠道电控体系的规划计划，可兼容市道的各种需求，为后续多功用智能移动渠道的规划供给一种有用的参阅。
