TI应用智能边缘计算提高工厂自动化、楼宇自动化和电网自动

紧凑、精确、互联。智能边缘计算在工厂自动化、楼宇自动化和电网自动化中的应用，以提高生产率。
目前，世界人口已达78亿，并且仍在增长，预计到2050年将达到100亿。不断增长的人口不仅需要衣服和食物等基本必需品，还追求舒适安全的生活。智能制造、智能建筑、智能电网等广泛应用的工业4.0技术，以及即将推出的工业5.0的创新技术，都是能够满足上述要求的现代自动化技术。
工业4.0云架构中使用的高性能多核处理引擎可以从数千个边缘传感器收集数据并进行复杂分析，从而管理运营工厂随着端到端自动化的发展，指数需要管理的传感器数量和数据越来越多，一个智能工厂可能有5万多个传感器，每天产生数十万亿字节的数据；即使是普通的写字楼，也可能产生数百GB的数据。
根据国际数据公司(IDC)的估计，到2022年，40%的数据将在生产岗位(也称为“边缘”)进行存储、管理、分析和保留。云边缘计算的发展依赖于紧凑、精确、互联的边缘设备。这些边缘设备有三个关键要求：实时计算、多协议工业组网功能和现场可部署网络服务功能。图1显示了工业应用中的上述要求。
TI的AM64x系列Sitara实时网络处理器直接满足了这些要求。能够受益于AM64x系列特性的系统包括交流伺服电机驱动器、工业可编程逻辑控制器(PLC)、工厂自动化中的运动控制器、物联网、楼宇自动化中的网关、电网自动化中的数据集中器、高精度数据采集系统、3D摄像头等。
交流伺服电机驱动器示例
以现代自动化应用中的一个基本组件为例，如图2中所示的伺服驱动器。伺服驱动器控制数控机床、机器人、传送带、仓库自动化等多种机器的电机。以AM6442为例，该器件拥有4个高性能Arm  Cortex  -R5F内核，均以800MHz的频率运行，最高可提供64亿条指令/秒(DMIPS)，支持周期时间低至3 s、抖动超低的高精度电机控制环路。
集成工业通信支持伺服驱动器使用EtherCAT、Profinet和以太网/IP标准与工业PLC或运动控制器实时通信，无需其他现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。可以使用片上Cortex-A53处理核心运行Linux等高级操作系统(OS)，提供远程诊断、故障监测、振动监测、系统可配置等智能服务，实现按需业务策略。
多功能处理器的尺寸比多芯片解决方案小50%以上，从而实现了更紧凑的驱动系统。AM64x采用16纳米工艺设计，2W功耗不到1W(取决于配置)，从而简化了紧凑尺寸的热设计工作。实时计算能力
AM64x系列使用ArmCortex-R5F处理内核(而不是其他Arm处理内核，如Cortex-M7)，为要求可靠性、高可用性和低延迟实时响应的嵌入式系统提供多核功能。AM6442和AM6441的四个Cortex-R5F内核可以提供高达5，5,300 dmips(实时)的性能。Cortex-R5F包含低延迟中断技术，可以中断和重启长时间多周期指令。
实时多协议工业联网功能
以太网已经成为实际的工业通信标准，取代了工厂、建筑和电网基础设施中的串行现场总线。但标准以太网也有不确定性，现代工厂自动化需要确定性操作和时间同步。为解决这种固有的不兼容性而开发的标准需要特殊的FPGA或ASIC，这增加了系统成本和尺寸。
集成工业连接是AM64x架构的核心。每个设备都有多个以太网端口来支持工业交换机的实现，如千兆速度的时间敏感网络(TSN)、以太网猫(EtherCAT)、PROFINET、以太网/IP等。
AM64x系列还为这些协议集成了一个完整的软件堆栈，因此可以轻松设计无缝连接到工厂基础架构的边缘设备。AM64x协议还支持输入输出链路主站，它充当输入输出链路到任何工业以太网协议的网关，以及电机编码位置EnDat2.2和HIPERFACEDSL。
现场可部署网络服务功能
工业4.0中的远程管理设备(驱动器、传感器和网关)可以根据系统中运行的预测性维护算法向云或基础架构发送警报。AM64x中的片上Cortex-A53内核可以在不中断服务的情况下执行此任务。
此外，您可以运行高级操作系统(如Linux)和Web或应用服务器来实现不同的业务模型。运行在1GHz的两个内核都有足够的性能来处理不断增加的各种服务，而不会中断实时计算和网络。流量Linux还允许在内核版本中不断添加功能，从而加快应用程序开发。AM64x的主线Linux支持简化了代码库从一个内核到另一个内核的转换。
AM64x系列有多个引脚兼容器件，如表2所示。您可以先使用功能较少的器件，然后随着设计要求的发展，迁移到性能更高的器件，同时保持相同的印刷电路板设计。结束语
TI全新的AM64x系列器件具有实时计算性能、集成的网络选项以及在小功率范围内实现可配置网络服务的能力。AM64x系列包含五款引脚对引脚兼容的器件，可用于设计下一代面向现代自动化应用、紧凑、精确和互联的边缘设备。