英特尔Agilex FPGA在双轴电机控制系统的应用

随着、及汽车系统日益精密，经的功能安全和实时控制性能已成为不可或缺的必要条件。 和 联袂呈现的双轴系统，不仅通过 TÜV 认证达到Cat. 3 PLd 安全等级，更以Agilex 5 SoC 为核心载体，巧妙融合基于模型的开发方式与灵活且可移植的安全架构，为领域的安全与效能平衡提供了硬核技术支撑。

基于模型的设计流程

该双轴的开发以基于模型的设计方法为核心：

Altera 的 Builder 高级模块组直接与 和 集成，让师能够在系统层面完成的设计、和优化；

这些算法随后会被自动编译成可综合的 RTL 代码，直接部署到 FPGA 逻辑结构中，简化从模型到硬件的流程；

本演示采用仿真的工业电机模型替代实体电机，能够在不同负载条件、驱动拓扑及性能目标下进行参数化测试，无需反复迭代硬件设计。

该方法显著缩短了开发周期，能够在仿真与实际部署硬件之间保持高保真度，同时支持快速设计探索。

双通道功能安全架构：异构冗余模式

同时，系统通过两个独立的速度检查器实现功能安全：

检查器通道 1 完全运行于 FPGA 逻辑结构中；

检查器通道 2 作为软件，在 Agilex 5 SoC FPGA 设备内置的基于 * 的硬核子系统（双核 Cortex-A55 和双核 Cortex-A76 处理器及硬核外设）上执行。

此检查器冗余机制可同时缓解系统性故障（软件缺陷与工具链错误）和随机硬件故障（如单粒子翻转），满足严苛的 TÜV 莱因 Cat. 3 PLd 认证要求。

该系统通过软硬件协同的方法，能够构建正交安全验证路径，提升容错能力，同时简化工业、汽车及机器人应用的安全档案相关工作。

跨 Altera FPGA 产品家族的可移植性

此外，该演示设计具备可移植性：

若应用无需集成 Arm 处理器的复杂性和高性能，控制及安全功能可移植至 Altera 基于 架构的 N V 软核处理器；

采用 Nios V 软核处理器可提供灵活轻量化的替代方案，既能保持实时性能，又能扩展可选的 Altera FPGA 产品家族范围。

这使得该解决方案能适配多个 FPGA 产品家族，适用于从低成本边缘电机控制器到复杂多轴臂的全系列工业产品，且无需重新设计核心安全逻辑。

实时性能与系统响应能力

除安全性外，Agilex 5 SoC FPGA 架构还具备以下优势：

通过 FPGA 硬件实现关键路径的低时延确定性控制；

基于 Arm 处理器或 Nios V 内核的软件可能力，支持监控功能、诊断和运行时更新，提升现场已部署设备的系统响应能力；

细粒度电机仿真与高速低抖动路径，为机器人、伺服驱动和自主移动系统提供关键支持。

该系统通过同步确定性控制及出色的灵活性，更好地实现边缘分析和安全监控，实现了性能、安全性与适应性之间的更优平衡。

简化认证工作，专注技术创新

MathWorks 与 Altera 联合提供工具链，能够助力简化以下工作：

通过 DSP Builder 实现算法设计与验证；

通过 DSP Builder 实现 HDL 代码自动生成；

通过经 TÜV 审查的架构和文档，加速安全验证；

采用 Altera FPGA 硬件验证，加速整体功能开发。

这一集成化流程能够缩短认证周期并降低开发风险，为加速推动安全关键型创新落地市场提供了高效技术路径。