【導讀】duiyugongyeqiyeeryan，tuijinshuzihuazhuanxingzhiguanzhongyao，yicicainengbaochijingzhengli，bingweikehutigongjiazhi。zhezhongqushidezaoqibiaoxianbaokuorongheyunyinghexinxijishuwangluodezhenghe、部署預測性維護，以及使用機器人來實現自動化，從而提高吞吐量、減少人為錯誤。

產品開發人員需要針對這些挑戰迅速推出解決方案。可編程係統模塊（ SOM ）nenggouweizheshoukaifatigongshiyidejisuanpingtai。raner
，ewaidegujianheruanjianjichusheshirengranshibiyaode，tongshi
，yigouchuliyinqinghejichengdekebianchengluojinengzengtianbaoguidelinghuoxing。tongguofenxiwangluoronghe、預測性維護和機器人領域中采用的一些已知的基於 SOM 的解決方案，便可發現附加資源在哪些領域能夠加速開發工作和助力確保最佳性能。

網絡融合解決方案 

融合信息技術（ IT ）與運營技術（ OT ）網絡不僅能簡化工廠車間內各係統之間的信息流程，也便於企業級管理和戰略決策工作。其還能實現從最底層傳感器/驅動器直至企業資源規劃（ ERP ）係統的端到端通信。這種融合還能消除管理兩個不同網絡所造成的重複開銷。

IT 網絡和 OT 網絡的需求大不相同。OT 網絡需要實時
、低時延通信
，而且難以擴展；IT 網絡更加易於擴展，但並不具備確定性，也難以提供服務保證。時間敏感型網絡（ TSN ）是 IEEE 802 的一個子集，通過在以太網網絡上啟動確定性通信來促進這種融合。通過提供網絡管理並為流量調度（ scheduled traffic ）分配時間槽，TSN 能使不同類型的流量共享同一鏈路。

當前，想要實現TSN 就需要一種能在網絡終端和交換機上提供低時延和確定性響應的解決方案。一款適合的平台需包括以太網 MAC
、TSN 橋和 TSN 終端邏輯（圖 1）
，此外還要借助軟件來處理網絡同步、初始化以及與網絡配置控製器的接口連接等功能。

圖 1：基於 SOM 的 TSN 終端。AMD 賽靈思的 TSN IP 核采用可編程邏輯和 Kria™ K26 SOM 的處理係統來實現這些單元，其中包括 Zynq® UltraScale+™ MPSoC。該 IP 核能為每個流量類型提供單獨接口，最多可用兩個端口進行配置
，這兩個端口經由同一線纜或光纖傳輸所有流量類型。

預(yu)測(ce)性(xing)監(jian)測(ce)能(neng)夠(gou)幫(bang)助(zhu)設(she)備(bei)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)提(ti)前(qian)避(bi)免(mian)故(gu)障(zhang)，並(bing)在(zai)方(fang)便(bian)的(de)時(shi)間(jian)安(an)排(pai)維(wei)護(hu)工(gong)作(zuo)
，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)利(li)用(yong)率(lv)和(he)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)最(zui)大(da)化(hua)，同(tong)時(shi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)降(jiang)低(di)擁(yong)有(you)成(cheng)本(ben)。相(xiang)關(guan)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)的(de)適(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)從(cong)基(ji)於(yu)雲(yun)端(duan)的(de)數(shu)字(zi)孿(luan)生(sheng)到(dao)邊(bian)緣(yuan)端(duan)預(yu)測(ce)，以(yi)用(yong)於(yu)監(jian)測(ce)簡(jian)單(dan)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)。對(dui)眾(zhong)多(duo)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)，在(zai)邊(bian)緣(yuan)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)並(bing)將(jiang)處(chu)理(li)後(hou)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)至(zhi)雲(yun)端(duan)是(shi)最(zui)可(ke)行(xing)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)數(shu)據(ju)量(liang)很(hen)大(da)
，決(jue)策(ce)回(hui)路(lu)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。在(zai)邊(bian)緣(yuan)端(duan)采(cai)用(yong)預(yu)測(ce)技(ji)術(shu)能(neng)提(ti)供(gong)巨(ju)大(da)優(you)勢(shi)。例(li)如(ru)

，數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)（ CNC ）主軸的操作故障不僅會造成數控機床的損壞，而且還會導致生產中斷，這些都會對成本造成巨大影響。

構gou建jian上shang述shu係xi統tong時shi麵mian臨lin的de一yi大da關guan鍵jian挑tiao戰zhan在zai於yu，要yao為wei邊bian緣yuan端duan部bu署shu開kai發fa機ji器qi學xue習xi應ying用yong。一yi款kuan合he適shi的de工gong具ju套tao件jian可ke以yi助zhu力li解jie決jue這zhe一yi挑tiao戰zhan
，那na就jiu是shi提ti供gong即ji用yong型xing可ke部bu署shu高gao性xing能neng機ji器qi學xue習xi算suan法fa，以yi此ci支zhi持chi開kai發fa者zhe使shi用yong PyTorch
、TensorFlow 和 Caffe 等流行的機器學習框架來構建其應用。 

圖 2：采用 SOM 和業界標準框架開發機器學習應用。Vitis™ AI 工具提供了豐富的深度學習處理器單元（ DPU ）
，可作為可參數化的 IP 核，直接實現在 SOM 可編程硬件中（圖 2）。KV260 視覺 AI 入門套件等入門套件包括利用 Vitis DPU 的 AI 加速應用。

基於 ROS 2 的機器人技術

工業 4.0 最zui為wei關guan鍵jian的de技ji術shu之zhi一yi就jiu是shi利li用yong機ji器qi人ren技ji術shu實shi現xian生sheng產chan流liu程cheng自zi動dong化hua。在zai製zhi造zao業ye中zhong，這zhe些xie解jie決jue方fang案an適shi用yong於yu廣guang泛fan的de應ying用yong
，從cong生sheng產chan線xian上shang的de機ji械xie臂bi到dao運yun輸shu供gong應ying物wu資zi的de機ji器qi人ren以yi及ji生sheng產chan車che間jian的de物wu流liu等deng。

一款高性能、低時延的處理係統對於實現安全的環境交互至關重要。具體而言，需要控製機器人的活動部件，這些部件包含複雜的致動器、驅動器和機械係統，統稱為機電一體化。由於機器人內部通過網絡通信來實現所需的實時控製
，因此，包括可編程邏輯的 SOM nengdailailiangdayoushi，qizhongzhiyibianshinengzhichirenyiduirenyilianjie
，zheyangyilaijiujianhualeyuchuanganqihequdongqilianjie。ciwai
，kebianchengluojihaikeyongyushixianquedingxingwangluo，zheduijiqirenxitongdeshixianshifenguanjian。

很多開發項目都采用機器人操作係統（ ROS ），其包含用於創建機器人係統的一係列軟件庫和工具。盡管 ROS 已於近期升級至 ROS 2，但其原生的持續集成/持續交付（ CI/CD ）開發流水線卻是專門為基於 CPU 的異構處理係統而設計的。 

圖 3：Kria K26 SOM

AMD 賽靈思推出的 Kria 機器人堆棧（ KRS ）支持 ROS 2

，其增強功能可幫助開發者使用 Kria K26 的異構處理引擎和可編程邏輯提升實時確定性性能。此外，它還采用 SOM 的 Arm® Cortex®-R5 實時處理器
，以此管理作為數據分發服務（ DDS ）核心的實時發布訂閱協議（ RTPS ），而這也是 ROS 2 的基幹。

除此之外，將 CI/CD 流(liu)水(shui)線(xian)添(tian)加(jia)到(dao)監(jian)測(ce)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)功(gong)能(neng)中(zhong)，可(ke)以(yi)改(gai)進(jin)應(ying)用(yong)開(kai)發(fa)流(liu)程(cheng)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)集(ji)成(cheng)和(he)測(ce)試(shi)階(jie)段(duan)以(yi)及(ji)交(jiao)付(fu)和(he)部(bu)署(shu)期(qi)間(jian)。這(zhe)樣(yang)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)功(gong)能(neng)最(zui)大(da)限(xian)度(du)減(jian)少(shao)了(le) CI/CD 流水線每個環節的手動執行工作，而且機器人專家可以采用相同的  ROS 2 協議和相同的工具作業
，用於通過軟件實現的部件，或是通過可編程邏輯卸載或加速的部件。還有一種機製可以對 ROS 2 節點應用的執行進行基準測試，這不僅有助於識別瓶頸因素
，而且還有助於專門將一個或多個內核定製為可編程邏輯中的卸載內核。

結論

高性能自適應邊緣計算是工業數字化轉型的一大支柱。可編程 SOM 能夠簡化靈活的自適應計算解決方案的構建，搭配專門設計的 IP（包括軟件堆棧），便能加速實現可量產化模型的開發工作。

來源： Xilinx

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