FPGA 能夠自適應(yīng)生成定制計(jì)算架構(gòu)，以前所未有的靈活性、更短的設(shè)計(jì)周期、更低的開發(fā)成本，助力各類機(jī)器人應(yīng)用。

1. 機(jī)器人是一種“系統(tǒng)集成藝術(shù)”

機(jī)器人是一種復(fù)合系統(tǒng)，它由感知周邊環(huán)境的傳感器、根據(jù)感知采取行動(dòng)的致動(dòng)器和負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)的計(jì)算構(gòu)成，從而對(duì)其應(yīng)用做出連貫一致的響應(yīng)。在很大程度上，機(jī)器人技術(shù)是一種系統(tǒng)集成的藝術(shù)，在軟件和硬件方面皆是如此。

以往的研究揭示，機(jī)器人領(lǐng)域中多達(dá) 70% 的資源被用于集成，而不是用于開發(fā)最終應(yīng)用。直到最近，隨著較低端的工業(yè)機(jī)器人走向大規(guī)模普及化，機(jī)器人公司才開始在硬件基礎(chǔ)上著重軟件開發(fā)。

盡管如此，機(jī)器人仍然是高度專業(yè)化的系統(tǒng)，旨在以高可靠性和高精度執(zhí)行一系列任務(wù)。因此，機(jī)器人內(nèi)部的硬件和軟件能力之間的關(guān)系十分重要。大多數(shù)機(jī)器人通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)交換信息并滿足時(shí)序要求。從這種意義上來(lái)講，機(jī)器人屬于時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)。

2. 選擇“適合的計(jì)算平臺(tái)”

機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)載資源通常非常有限，如存儲(chǔ)器、I/O 和磁盤或計(jì)算功能，會(huì)阻礙系統(tǒng)集成進(jìn)程，使之難以滿足非結(jié)構(gòu)化、動(dòng)態(tài)和不斷變化環(huán)境的實(shí)時(shí)性要求。隨著機(jī)器人內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展，這一點(diǎn)更是如此，因?yàn)樗?jīng)常在使用壽命方面對(duì)機(jī)器人提出新要求，需要修改機(jī)器人的邏輯，從而對(duì)實(shí)時(shí)環(huán)路產(chǎn)生影響

正因如此，為機(jī)器人系統(tǒng)選擇合適的計(jì)算平臺(tái)至關(guān)重要。該平臺(tái)既要簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成、符合功耗限制，也要能夠適應(yīng)機(jī)器人應(yīng)用不斷變化的需求。

打造自適應(yīng)機(jī)器人

自適應(yīng)機(jī)器人是指那些能夠成功應(yīng)對(duì)新狀況的機(jī)器人。一臺(tái)能夠稱得上“自適應(yīng)”的機(jī)器人，必須具備以下三大特性其中之一。滿足全部三項(xiàng)特性的機(jī)器人，可視為“完全自適應(yīng)機(jī)器人”。

自適應(yīng)機(jī)器人基本要求

自適應(yīng)計(jì)算是自適應(yīng)機(jī)器人的第三項(xiàng)基本特性。對(duì)于機(jī)器人而言，主要指機(jī)器人能夠在運(yùn)行過(guò)程中適配其計(jì)算系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)屬性（如確定性、功耗或吞吐量）。在此方面，F(xiàn)PGA 正是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)計(jì)算的理想技術(shù)，因其兼具通用性和強(qiáng)大功能，同時(shí)效率高、成本低。

在 FPGA 上不僅可以實(shí)現(xiàn)其他處理架構(gòu)，還可以實(shí)現(xiàn)并行處理。因此，F(xiàn)PGA 可以用于處理幾乎任何機(jī)器人內(nèi)部的任務(wù)。另一方面，F(xiàn)PGA 能夠針對(duì)每一種機(jī)器人應(yīng)用的需求，專門定制數(shù)據(jù)路徑寬度和寄存器長(zhǎng)度。

如果說(shuō)，CPU 和 GPU 是工人按照順序依次將輸入加工成輸出的車間，那么，F(xiàn)PGA 就是靈活的自適應(yīng)工廠，能夠針對(duì)手中的具體任務(wù)定制創(chuàng)設(shè)裝配線和傳送帶。

FPGA 的工業(yè)類比

Kria SOM 是機(jī)器人的理想計(jì)算平臺(tái)

傳統(tǒng)的機(jī)器人軟件開發(fā)，是基于預(yù)先定義的架構(gòu)和約束條件，在給定機(jī)器人的 CPU 中進(jìn)行功能編程。一旦機(jī)器人遇到適配需求，就會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的系統(tǒng)集成操作。然而，如果使用 FPGA，構(gòu)建機(jī)器人行為就是為解決任務(wù)的架構(gòu)編程。機(jī)器人架構(gòu)師可以純粹從軟件創(chuàng)建自己的硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)各種平臺(tái)完成交付。

審核編輯：郭婷