在這個系列的第一篇博文中，我們了解到FPGA是如何被引入到驅動架構中的。現在，我們來看一看在一個工業驅動/伺服機架構中使用FPGA時遇到的一些挑戰，以及以COTS MCU形式運轉的控制片上系統 (SoC) 的全新功能如何用FPGA來改變針對工業驅動的成本有效模型。

很多工業逆變器和伺服機廠商在很長一段時間內依靠現場可編程門陣列 (FPGA) 或ASIC技術來完成32位微控制器 (MCU) 等商用現貨 (COTS) 產品所不支持的功能。然而，為了支持位置傳感器反饋或增量-累加濾波，在軟件可編程控制器中添加的FPGA和ASIC將增加系統成本和開發復雜度。

難道我們就不該問一問：正在被置入到FPGA中的功能是不是能為驅動產品帶來真正的改變？將這些功能包括在內是不是已經成為每一個驅動設備廠商的標準做法？簡言之，這些被用來實現所需功能、價格虛高的FPGA門是不是已經成為在工業驅動行業里生存的籌碼？

雖然FPGA是重新可編程的，并且被認為有可能提供系統適應性和更佳的系統性能，相對于目前用于工業驅動應用的MCU，它們也有某些缺點。開發人員應該衡量所需專業化工程技能、總體項目工作量和系統總成本。

很多正在被開發的驅動系統保持了與FPGA組合在一起的C語言可編程微控制器或微處理器。這個處理器的C代碼生成和調試開發環境被人所熟知，并且是必須的。現在，將一個FPGA引入到這個系統需要額外的開發流程和工具集。盡管在對外宣傳時，這些工具在易用性方面取得了一定的進步，不過通常情況下開發MCU C代碼和開發FPGA VHDL代碼的不是同一批工程人員。VHDL編碼風格與開發流程與MCU軟件開發大不相同，并且需要特別的工程資源。此外，恰恰是FPGA開發人員必須成為他們所執行的硬件IP方面的低級和系統級專家。例如，他們不但需要知道如何為一個BiSS主機執行VHDL，他們需要了解BiSS協議，這是因為他們需要驗證他們的FPGA器具是否符合BiSS傳感器的要求。這項專業化工程技能不是每個運動控制或逆變器廠商都能夠為員工提供的，并且這當然也不能發揮他們在運動和電機控制性能方面所起到的獨特作用。只使用一個本身就支持BiSS編碼器的微控制器是不是更簡單一些呢？

從開發角度講，管理人員需要將FPGA創建視為一個定制開發。他們的開發團隊對于上市銷售的FPGA的產品特性具有額外的所有權，并且對這些產品特性負責。如果VHDL未被正確編碼，他們不能求助于FPGA供應商；他們只能自己尋找問題的原因，并且找到解決問題的補救方法。當你把VHDL與使用COTS MCU的模型相比較的時候，與FPGA開發相關的定制責任遠遠超過了FPGA內部的門設計工作。印刷電路板 (PCB) 影響、MCU門級/寄存器接口、軟件抽象和總體系統集成工作量全都是非標準的，也就是說，它們不是現成可用的解決方案。詳細信息請見圖1。除了開發之外，隨著全新連接組件的發布或修改，這個模型在用戶支持、產品維護版本和長期品質一致性方面具有額外的工程設計復雜度。使用具有這些特性的標準MCU，并且供應商對整個產品解決方案負責（硬件、軟件、工具和設計）的話，會不會更加簡單？

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圖1：FPGA與驅動SoC的EnDat開發比較

此外，也許最明顯的一點就是額外組件對物料清單的影響。FPGA的成本絕不僅僅限于對單價的影響。FPGA器件將需要額外的PCB面積，以及MCU對接和電源所需要的引腳。當與FPGA一同運行時，這些成本是不可避免的，不過，當這些功能已經存在于驅動SoC MCU上時，這些開銷是沒有必要的。在幾種情況下，我們觀察到，相對于驅動SoC器件，FPGA本身需要額外的、且更加復雜的電源電路。此外，執行FPGA將多余的門引入到系統中，諸如到MCU的寄存器接口，以及實現相位電流和電壓感測的外部模數轉換器 (ADC) 接口。一個驅動SoC包括一個針對驅動應用的內置高性能ADC，并且無需這個額外的邏輯電路。因此，相對于附加FPGA架構的MCU，使用一個單個COTS驅動SoC可以有很多機會降低總體系統成本。

支持DesignDRIVE技術的2000? MCU是COTS MCU；它用整體產品理念提供更高級別的驅動系統集成，通過降低對專業工程技術人才的需要、節省開發時間并簡化系統成本來使驅動開發人員受益。

在這個博客系列的下一篇關于驅動控制架構的文章中，我將著重介紹現貨C2000 Delfino? MCU工業驅動SoC如何處理那些傳統上已經由一個FPGA完成的功能：快速轉矩環路計算、已調制增量-累加ADC信號的過濾、高性能PWM、PWM保護，以及與高性能位置傳感器的對接。