在很多开发者眼里，FPGA是一个独特的存在，凭借独树一帜的硬件可编程特性，它在通用CPU和专用的ASIC之间，找到了一个可以立足的中间地带，既没有CPU能效低这个短板，又避免了开发ASIC的高成本和高风险，为开发者提供了一种兼具高性能和灵活性的解决方案。
而且值得一提的是，FPGA这样的定位使其特别适合在AI时代快速生长，这是因为：一方面，FPGA通过对硬件的可编程重构，便于开发者去探索AI加速中更优的算法实现；另一方面，面对AI算法或处理流程的不断迭代和变化，FPGA也可以通过灵活的硬件编程快速适应。这样的“先天优势”，简直就是为飞速发展的边缘AI应用而设计的！
基于自适应计算SOM的开发
不过，想让FPGA的这种天赋优势在实际应用中发挥出来，并非手到擒来之事，其中有不少技术门槛需要跨越。
好消息是，为了让这一过程成为一条坦途，FPGA厂商一直在积极地探索，也有很多极具价值的收获，比如AMD就开辟出了一条便捷高效的“边缘AI开发”技术路径，只需三步，就可让FPGA边缘AI应用快速落地。
第一步：提供自适应计算平台
简单地说，就是打造一个集成了FPGA可编程逻辑功能、嵌入式CPU 子系统、IO及其他外设模块的异构计算平台，这也被称为FPGA SoC。如AMD的Zynq UltraScale+ MPSoC，其内置可编程逻辑（PL）和Arm嵌入式处理系统（PS）两个子系统，配有四核或双核ARM Cortex-A53、双核Cortex-R5实时处理器，以及专用的加速引擎和功能电路，是边缘AI应用开发的理想选择。
显而易见，这样的计算平台既有嵌入式CPU子系统所具备的灵活性，又可通过硬件编程提供应用所需的数据处理加速性能，让开发者得以将正确的任务分配给正确的计算引擎，实现更高能效的计算处理。
图1：Zynq UltraScale+ MPSoC架构（图源：AMD）
第二步：基于SOM的开发
自适应计算平台增强的功能性和灵活性，势必也会加大开发的复杂性。如果所有的开发工作都从器件级起步，巨大的工作量可能会让不少人望而却步。因此，AMD祭出了“基于SOM的开发”这种模式。所谓SOM（System on Module），就是在一块PCB上集成核心芯片以及内存、外设等资源，对核心芯片的硬件进行抽象，它能够让开发者从更高层次的板级设计入手，跳过前期芯片级开发上的诸多痛点，令整个开发过程大为简化。
第三步：面向热门应用的开发套件
与传统的器件级开发相比，基于SOM的开发虽然起点更高、路径更短，但是与最终的应用实现之间还差一个资源更丰富、更完整的硬件平台。也就是说，需要一个可以与SOM配套的开发套件来补齐整个开发链中最后的一环。
为此，AMD针对不同的热门应用，打造了不同的开发套件，让没有FPGA经验的开发者，也能够在1个小时内完成初启和运行，做到真正的“开箱即用”。
简单梳理一下AMD的“三步走快速边缘AI开发”模式：首先是提供一个FPGA SoC自适应计算平台；其次是提供基于该FPGA SoC的SOM，缩短开发路径，简化开发流程；接下来就是提供与SOM适配的开发套件，加速最终应用的开发落地。
值得一提的是，为了让这条开发路径“一路畅通”，AMD也在同步打造相应的技术生态，比如软件工具集、应用商店等，以提供更佳的开发体验。
在电机控制领域复制成功
经过几年的尝试，AMD的这种基于自适应计算SOM的开发模式，被用户和市场验证是成功的。那么接下来要做的，自然是复制这一成功模式，将产品和解决方案扩展到更多的目标市场。
新一轮的技术迭代，AMD瞄准了电机控制市场。
简单地理解，电机控制就是根据测量到的电机中电流值、转子位置等参数，计算其与所需设定值之间的偏差，并据此连续调节电机速度、扭矩和转子位置，达到精确控制的过程。
由此可见，电机控制是不断创建精确的输入/输出参数的过程，这个过程中需要快速而精确的计算和处理，才能够让电机达到并保持理想的工作状态。而FPGA SoC，就是实现电机控制的一种理想算力平台。其突出的优势，体现在以下几个方面：
精确的电流控制，提升能效
FPGA SoC可以支持优化的特定算法，在几微秒内实现精确控制，实时调整加载到电机定子中的电流，让电机以更高效率的方式运转，减少无谓的电流消耗，也可以减少由电流产生的热量，尽可能降低电机的能耗并延长其使用寿命。
支持预测性维护，降低故障率
除了实时精准的控制，FPGA SoC还可用于预测性维护，其可以通过电机绕组连续获取转子的电流测量值并实时处理相关数据，以检测转子是否处于正常状态，或判断电机是否存在其他问题，将可能的故障消灭在萌芽状态。
实现复杂电压调制，减少EMI
FPGA SoC可以通过内建的脉宽调制（PWM）来调制电压并减少电磁干扰（EMI）。使用基于FPGA的器件，有助于创建更复杂的调制器，提供更大的可扩展性和架构灵活性，以降低EMI噪声。
可见，在电机控制领域，AMD的自适应计算平台大有用武之地，应用前景非常诱人。为了卡位电机控制这个新赛道，AMD特别推出了Kria KD240驱动器入门套件，为开发者提供了一个端到端的解决方案。
图2：Kria KD240驱动器入门套件（图源：AMD）
全新的电机控制解决方案
从硬件来看，Kria KD240驱动器入门套件的硬件资源包括K24 SOM、载卡和散热解决方案等在内的完整资源。
该开发套件的核心，是AMD基于Zynq UltraScale+ MPSoC推出了一款全新的SOM产品——Kria K24 SOM。作为Kria SOM家族中的新成员，其外形尺寸更小（只有信用卡的一半大小），并针对高能效电机控制和DSP应用进行了优化，延迟更低，确定性强。它有132个I/O可供用户使用，可连接多达三个带编码器的中型BLDC电机，提供4个1G以太网（2个PS GEM、2个PL GEM）并支持TSN网络。它还可以通过Zynq UltraScale+ MPSoC的硬件信任根和分立式TPM 2.0器件提供增强的安全功能，并具有适应恶劣环境的鲁棒性，十分适合于各类工业应用。
Kria K24 SOM在设计时还充分考虑了应用设计的可扩展性，可通过连接器与Kria K26 SOM兼容，并支持多种传感器和外围设备，还提供OTA无线软件更新和适应性强的硬件，以适应不断发展的标准要求。
图3：Kria K24 SOM（图源：AMD）
Kria KD240驱动器入门套件载卡包含电源解决方案、三个网络接口、一个microSD卡、一个三相功率逆变器和多个模数转换器通道，板载功能很全面。同时，Kria KD240还支持Pmod扩展，可充分利用Pmod生态系统中的传感器模块等资源，支持广泛的应用开发需求。
图4：Kria KD240驱动器入门套件硬件资源（图源：AMD）
在软件方面，Kria KD240开发套件一如既往地提供了很好的易用性，让没有FPGA专业知识的嵌入式软件和控制系统工程师也能够快速上手进行应用开发，这也是其核心定位。该开发套件支持Ubuntu和基于PYNQ的开发流程，为使开发者带来更大的灵活性，开发者还可通过Kria应用商店提供的各种资源加速应用程序的开发，并不断从相关开发生态中获益。
不难看出，Kria KD240驱动器入门套件可以从三方面为开发者提供价值：
. 资源完整，端到端的解决方案：具有各种电机控制接口，便于构建目标应用程序，同时可得到主流的软件工具和Ubuntu操作系统的支持，使得开发者在没有硬件专业知识的情况下，也能够进行设计开发。
. 经济高效，便于快速开发和部署：Kria KD240开发套件提供了一个易于使用的一体化平台，不需要额外的电源级或扩展板，且可使用Kria KD240电机配件包快速完成初始硬件构建和原型制作，非常适合于面向中小型提供商的经济型电机控制解决方案的开发。
. 设计社区，提供全面技术支持：该开发套件的配套开发生态支持包括开放标准、应用商店和免费资源等，开发者还可通过活跃的在线论坛，在开发者社区及时解决技术问题。
本文小结
据Omdia Research预测，2026年全球用于电机控制的电驱动装置出货量将达到近4,000万台，这无疑是一个潜力巨大的市场。支撑这样一个总量可观而应用场景各异的应用市场，基于FPGA SoC自适应计算平台的电机控制是个理想的选择。
AMD提供从芯片到SOM，再到开发套件在内完整的硬件资源，加之日益完善的软件开发生态，为基于FPGA SoC的高性价比电机控制方案开发，构建了一条完整而畅通的技术路径。
所有这些专业经验和技术资源，都凝聚在Kria KD240这款驱动器入门套件上，这个极具价格竞争力的FPGA开发平台，应用的范围非常广泛，包括机器人驱动器/执行器、工业电机、工业以太网网关/传感器、电动汽车充电站、医疗设备和航空系统等。想在新的设计中导入强大而灵活的FPGA SoC，从这里入手就对了！
