2025年5月13日，由芯原股份主辦的以“具身智慧機(jī)器人”為主題的“第十五屆松山湖中國(guó)IC創(chuàng)新高峰論壇”正式在東莞松山湖召開(kāi)。在此次論壇上，珠海極海半導(dǎo)體實(shí)時(shí)控制產(chǎn)品線高級(jí)經(jīng)理盧鵬升先生推介了面向具身機(jī)器人的高性能、高安全實(shí)時(shí)控制MCU/DSP——G32R501。

隨著機(jī)器人從傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展至醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等更廣泛的領(lǐng)域，對(duì)整個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)帶來(lái)更高的挑戰(zhàn)。盧鵬升認(rèn)為這當(dāng)中最關(guān)鍵的是需要解決高爆發(fā)、高動(dòng)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(yùn)行復(fù)雜的控制策略和算法，能夠應(yīng)對(duì)瞬時(shí)輸出大功率；

2、高動(dòng)態(tài)：整個(gè)控制系統(tǒng)需要快速調(diào)整動(dòng)作和姿態(tài)，以滿足快速變化的場(chǎng)景和控制任務(wù)；

3、高精度：要求機(jī)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(xì)任務(wù)；

4、安全：支持故障診斷及安全保護(hù)機(jī)制，保障復(fù)雜環(huán)境運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

面對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的新需求，極海半導(dǎo)體也發(fā)布了首款基于Arm Cortex-M52雙核的實(shí)時(shí)控制MCU G32R501。盧鵬升表示，“首先機(jī)器人需要一個(gè)高性能的大腦，所以這個(gè)芯片具備2個(gè)大腦+2個(gè)小腦；第二，機(jī)器人要做高精度的感知，對(duì)應(yīng)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(shí)還要有針對(duì)控制的部分，針對(duì)輸出的部分，以及針對(duì)安全的部分。”

具體來(lái)看，這款MCU采用40nm eFlash先進(jìn)工藝，在核心的運(yùn)算處理方面，具備250MHz主頻Cortex-M52雙核架構(gòu)，主頻高達(dá)250MHz，支持Arm Helium?技術(shù)，通過(guò)支持自定義數(shù)據(jù)通路CDE接口，可擴(kuò)展極海自主研發(fā)的紫電數(shù)學(xué)指令擴(kuò)展單元，大幅縮短數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)間、降低CPU訪問(wèn)延時(shí)，從而提升系統(tǒng)整體實(shí)時(shí)性和智能化。在實(shí)時(shí)性能及邊緣AI性能方面，單核性能較競(jìng)品提升2-2.5倍。

靈敏的信號(hào)采集能力也是G32R501的一大亮點(diǎn)，其配備了3.45Msps 12位ADC、高分辨率捕獲CAP、增強(qiáng)型QEP等先進(jìn)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的信號(hào)感知和采集，滿足機(jī)器人對(duì)環(huán)境信號(hào)的快速、精準(zhǔn)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(shè)和靈活的外設(shè)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(zhǔn)控制執(zhí)行器的動(dòng)作和姿態(tài)，確保機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

在安全性方面，G32R501支持代碼安全防護(hù)、丟失時(shí)鐘檢測(cè)電路等多重安全增強(qiáng)功能，滿足IEC 61508 SIL2硬件標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合軟件診斷和STL庫(kù)，系統(tǒng)級(jí)功能安全可達(dá)CL3級(jí)別。同時(shí)，該芯片基于車(chē)規(guī)工業(yè)平臺(tái)打造，通過(guò)了AEC-Q100 Grade1認(rèn)證，支持-40℃~125℃工作溫度范圍，可高效滿足中高端應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)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(gè)實(shí)時(shí)MCU的性能，不能只看其CPU的內(nèi)核架構(gòu)、主頻、ADC等方面的數(shù)據(jù)，而是需要衡量從采量到實(shí)現(xiàn)算法、控制全鏈路的實(shí)時(shí)性能。對(duì)應(yīng)從采量到完成控制所需要的相對(duì)周期數(shù)做的綜合評(píng)估。

根據(jù)極海公布的G32R501閉環(huán)性能實(shí)測(cè)（基于TI C2000標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試代碼）數(shù)據(jù)顯示，與TI C2000相比，G32R50可以做到同等運(yùn)行效能。同時(shí)考慮到Cortex-M52主頻比一般MCU的內(nèi)核主頻更高，所以加速性能會(huì)更高。

為了配合客戶更好做方案的開(kāi)發(fā)，極海也提供準(zhǔn)量產(chǎn)級(jí)的參考設(shè)計(jì)，是總線型的高壓伺服控制器。極海還做了對(duì)應(yīng)六軸機(jī)械臂?？蛻魪脑蟹桨干?jí)到G32R501相關(guān)的性能測(cè)試對(duì)比顯示，G32R501可以實(shí)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(zhuǎn)情況下，轉(zhuǎn)速波動(dòng)也比原有方案更好；整個(gè)系統(tǒng)的極限頻率，做到1.3倍的提升；整個(gè)時(shí)間運(yùn)算，完成整個(gè)伺服控制預(yù)算，從原先40秒降低到17微秒。無(wú)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(biāo)準(zhǔn)，G32R501可以做到單核0.76微秒電流環(huán)，這個(gè)TI C2000系列更好。

從2018年開(kāi)始，極海就有與很多工業(yè)頭部客戶進(jìn)行很好的合作。截止到目前，整個(gè)極海半導(dǎo)體產(chǎn)品廣泛應(yīng)用機(jī)器人控制單元，包括實(shí)時(shí)控制DSP的MCU系列、針對(duì)電機(jī)專(zhuān)用的SoC等。在編碼器方面，極海在工業(yè)領(lǐng)域編碼器市場(chǎng)的占有率也非常高，目前極海還有編碼器的解碼芯片；針對(duì)視覺(jué)感知系統(tǒng)部分，極海擁有超聲波雷達(dá)芯片，不僅在車(chē)上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，也已經(jīng)跟機(jī)器人非常頭部的客戶建立合作。

為了更好地服務(wù)客戶，極海半導(dǎo)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(shè)計(jì)” 一站式電機(jī)系統(tǒng)方案。針對(duì)不同的電機(jī)類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)景，如 BLDC、PMSM、步進(jìn)電機(jī)等，提供了豐富的控制方式和算法支持，滿足機(jī)器人在機(jī)械臂、機(jī)器人關(guān)節(jié)、工業(yè)機(jī)械手等細(xì)分領(lǐng)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(gè)是APM32F427工業(yè)級(jí)高性能MCU，這個(gè)芯片從運(yùn)算性能，以及實(shí)時(shí)控制性能，做到跟國(guó)內(nèi)和國(guó)際領(lǐng)先水平，第二個(gè)就是國(guó)內(nèi)首款編碼器解碼專(zhuān)用MCU G32R430，具有非常高精度的ADC。

關(guān)于極海半導(dǎo)體

極海半導(dǎo)體納思達(dá)的子公司，成立于2004年，主要服務(wù)于母公司，最早是做加密ASIC，并于2012年發(fā)布國(guó)產(chǎn)首款打印機(jī)專(zhuān)用多核加密加密SoC芯片。隨后將業(yè)務(wù)擴(kuò)展至MCU領(lǐng)域，并成功進(jìn)入了工業(yè)、汽車(chē)等市場(chǎng)。目前極海擁有六大芯片研發(fā)中心，多個(gè)研發(fā)合作基地，超600人研發(fā)團(tuán)隊(duì)。截至2024年12月，極海已累計(jì)申請(qǐng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)量超過(guò)1500項(xiàng)，累計(jì)獲得超過(guò)1200多項(xiàng)授權(quán)。

編輯：芯智訊-浪客劍