一旦主控制器接觸來自傳感器和中間控制器的智能交流信息,它需要在下一個任務上做決定。舉個例子,如果一個獨立機器人正在地震后的廢墟中尋找被埋起來的幸存者,它的紅外線探測儀檢測到了熱量,控制器需要決定該做什么。它應該進一步調查嗎?它應該先檢測環境確定結構完整性嗎?它需要再靠近一點確定那是否是一個人散發的熱量嗎?它應該詢問人類下一步該怎么做嗎?這些問題都需要在下一步指示確定前由處理器處理。
在許多情況下可能需要更多的信息,因為終端節點可能只會發送警報推理背后的數據。如果現在有一個重大的處理過程,超出終端節點的處理范圍,中央處理器將需要大量的計算進行“重要提升”。一個功率高效,高性能處理器對使用電池的小型自動機器人來說是一個不錯的選擇。主控制器也需要連接到廣泛的不同終端節點和中間控制器的交流通道。中間控制器需要高速的接口,像以太網和USB。相似的,低速的傳感器需要低速接口,像SPI和UART。
新一代高效嵌入式處理器能滿足這些新應用所需要的特點。比如,新Intel Quark SoC X10xx 處理器有功率高效的CPU核心和多交流式界面,包括以太網,USB,PCle2.0,SPI,12C和UART。通向片外內存的入口由嵌入式控制器模塊支持,以高容量的DDR或低容但更快的SRAM形式。對于高可靠性的應用來說,一個糾錯碼儲存器(ECC)能自動發現并修補內存錯誤。高級的安全功能提高了對惡意入侵的抵抗能力,一個關于嵌入式系統的擔心是日益增長的有組織的黑客數量。Quark X10xx 家族甚至有成員有著安全啟動能力,能探測試圖篡改啟動引導代碼的行為,一個對于侵入嵌入式網絡最有侵略性和有效的方法。
圖2:Intel Quark SoC X1000 原理框圖。(來源:Intel)
在分布式機器人系統中的某些時刻,電子信號需要被轉換為機械運動。機械運動可能涉及到高速移動一個底盤(并且準確的停在正確的位置)或者操縱一個機器“手”抓住并提起一個小物體。在任何一種情況下發動機都很可能參與翻譯電子信號成指定的機械運動的過程。自從MCU的制造加速了他們對發動機控制應用的支持,最近幾年大范圍的發動機的設計開始變得相似。
MCU用于發動機控制已經好幾年了,而且當更高效,更可靠,磨損減少,使用壽命延長的新算法出現,MCU總會開發新功能來跟上這些改變。舉個例子,升級的處理能力,包括數字信號處理和浮點,現在能取消主CPU的數據預處理任務。此外,硬件計時器能執行低水平的電流電壓整形的任務,用于控制算法,進一步騰出主CPU空間,提高系統效率。
幫助評估和設計發動機控制應用的參考設計進一步簡化了開發過程。比如,Freescale Kinetics MCU 家族對不同的應用有多發動機控制參考設計。為了幫助設計者更快的在許多的可能選擇中導航,Freescale創造了一個基于網絡的解決方案顧問來篩選對不同的目標應用所需要的不同的特點和能力。正如圖3頂部展示的一樣,在生成一個展示設備的報告之前,Freescale顧問會帶領設計師走過一系列關于應用的問題,功能,發動機類型特點,控制算法和傳感器類型。在確定選擇之前,會生成一份報告展示有關的參考實例和對設計師有特定設計需求的應用注意。
圖3A&3B:發動機控制解決方案顧問幫助設計工程師發現適合他們應用的指導設計。(來源:Freescale Semiconductor)
總結
現在你知道了機器人3C原則,你可以把這些元素應用于任何的嵌入式設計,即使它不是一個機器人應用。任務執行時有優化傳播,高效和智能命令的分布式傳感和電子機器界面的智能控制,對任何復雜的嵌入式設計來說是最好的組織元素。只需確保你的嵌入式系統不違反任何一個阿西莫夫的機器人3C原則。否則真的會成為一個大問題。
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