無人機8大主流主控芯片大起底

在剛剛結束的CES 2016上,各大芯片廠商和設備廠商展開了一場空中爭奪戰,讓無人機這種新興產品形式著實火了一把,究其原因,如果無人機一直定位在個人消費品應用,它的市場容量其實十分有限,廠商對它的熱情也不會這么高,但隨著它在農業、物流等其他應用場景下的需求被不斷發掘,一次足以席卷產業上下游的狂熱也就自然隨之而來。本年度的CES上跟無人機相關的主題隨處即是,而與非網小編可以頗引以為傲的說,因為大疆、億航等國內公司憑敏銳市場嗅覺搶占先機,讓國內廠商在這塊市場上很是風光了一把,也掌握了產業鏈上的重要話語權。

 但遍觀無人機市場的上游芯片供應商,尤其是主控芯片,卻還是以歐美韓系廠商為主導,與非網小編特別盤點了當下主流的8大無人機主控芯片,供大家參考:

 

  • 1. 意法半導體STM32系列

目前意法半導體的STM32系列是國內采用率很高的無人機主控芯片,在這點上意法半導體有個做法很聰明,它很早就贊助了全國大學生電子設計大賽,賽事推薦的無人機項目的主控芯片就是STM32,學生們熟悉了它的主控平臺,工作后要做無人機自然也會選擇它。

STM32系列又有STM32 F0/F1/F2/F3/F4/F7/L0/L1/L4多個產品系列,其中,STM32 F4系列在無人機中應用較為廣泛。

基于ARM Cortex-M4的STM32F4系列MCU采用了意法半導體的NVM工藝和ART加速器,在高達180 MHz的工作頻率下通過閃存執行時其處理性能達到225 DMIPS/608 CoreMark,這是迄今所有基于Cortex-M內核的微控制器產品所達到的最高基準測試分數。

 由于采用了動態功耗調整功能,通過閃存執行時的電流消耗范圍為STM32F410的89 μA/MHz到STM32F439的260 μA/MHz。

 STM32F4系列包括八條互相兼容的數字信號控制器(DSC)產品線,是MCU實時控制功能與DSP信號處理功能的完美結合體:

  • 高級系列
    ? STM32F469/479 – 180 MHz CPU/225 DMIPS,高達2 MB的雙區閃存,帶SDRAM和QSPI接口,Chrom-ART Accelerator?、LCD-TFT控制器和MPI-DSI接口
    ? STM32F429/439 – 180 MHz CPU/225 DMIPS,高達2MB的雙區閃存,具有SDRAM接口,Chrom-ART Accelerator? 和LCD-TFT控制器
    ? STM32F427/437 – 180 MHz CPU/225 DMIPS,高達2 MB的雙區閃存,具有SDRAM接口、Chrom-ART Accelerator?、串行音頻接口,性能更高,靜態功耗更低

  • 基礎系列
    ? STM32F446 – 180 MHz/225 DMIPS,高達512 KB的Flash,具有Dual Quad SPI和SDRAM接口
    ? STM32F407/417 – 168 MHz CPU/210 DMIPS,高達1MB的Flash,增加了以太網MAC和照相機接口
    ? STM32F405/415 – 168 MHz CPU/210 DMIPS,高達1MB的Flash、具有先進連接功能和加密功能

  • 基本型系列
    ? STM32F411 – 100 MHz CPU/125 DMIPS,具有卓越的功率效率,更大的SRAM和新型智能DMA,優化了數據批處理的功耗(采用批采集模式的動態效率系列)
    ?  STM32F410 – 100 MHz CPU/125 DMIPS,為卓越的功率效率性能設立了新的里程碑(停機模式下89 μA/MHz和6 μA),采用新型智能DMA,優化了數據批處理的功耗(采用批采集模式的動態效率?系列),配備真隨機數發生器、低功耗定時器和DAC
    ? STM32F401 – 84 MHz CPU/105 DMIPS,尺寸最小、成本最低的解決方案,具有卓越的功耗效率(動態效率系列)


  • 2. 高通驍龍Flight平臺

在CES2016上,Qualcomm Incorporated子公司Qualcomm Technologies、騰訊和零度智控發布并展示了一款基于高通驍龍Flight平臺的商用無人機YING,將于2016年上半年在全球上市。

驍龍Flight是一塊高度優化的58x40mm開發板,專門針對消費級無人機和機器人應用而設計。驍龍Flight包含一顆驍龍801 SoC(由四顆主頻為2.26GHz的核心組成),支持GPS、4K視頻拍攝、強勁的連接性以及先進的無人機軟件和開發工具,雙通道Wi-Fi和藍牙模塊,支持實時飛行控制系統,擁有全球導航衛星系統(GNSS)接收器,支持4K視頻處理,支持快速充電技術,而這一切全被整合在一張名片大小的主板上。帶來了最前沿的移動技術以打造全新級別的消費級無人機。

 這款芯片可把4K無人機的平均價格從約合人民幣7791元拉低至約合人民幣1948-2597元,續航從20分鐘延長到45-60分鐘,是不是立馬覺得它很接地氣。

 驍龍Flight平臺具有先進的處理能力,依靠高通Hexagon  DSP可實現實時飛行控制,內置高通2x2 Wi-Fi和藍牙連接,和經優化的領先的全球導航衛星系統(GNSS)以支持高度精確的定位。驍龍Flight平臺的目的是滿足無人機消費者最想要的高級功能,包括:

  • 4K視頻—支持4K高清攝像、圖形優化和視頻處理功能,以及同步720p解碼

  • 先進通信和導航—雙通道2*2 802.11n WiFi、藍牙4.0和5Hz GNSS定位功能,以及基于Hexagon DSP的實時飛行控制

  • 魯棒攝像和傳感—4K 立體VGA,光流攝像機、慣性測量單元(IMU),氣壓傳感器,以及額外的傳感器支持和端口

  • 高通快充技術—支持視頻/圖片之間的電池快速充電

驍龍801處理器支持世界上一些最熱門的智能手機,包括一個2.26GHz的四核高通Krait CPU,高通Adreno 330 GPU,Hexagon DSP,以及可選的視頻解碼引擎和雙圖形信號處理器(ISP)。

 這些功能組件構成了一個異步計算平臺,支持如避障和視頻穩定性等無人機先進功能的開發。


  • 3. 英特爾凌動處理器

CES2016上,英特爾展示了無人飛行器(UAV)領域采用英特爾實感技術的Yuneec Typhoon H,該設備具有防撞功能,具有方便起飛、配備4K攝像頭和360度萬向接頭,以及遙控器內置顯示屏等特點,讓運動愛好者們能夠捕捉運動中的自己。Yuneec計劃在2016年上半年將這款設備推向市場。

內置了高達6個英特爾的“RealSense”3D攝像頭,采用了四核的英特爾凌動(Atom)處理器的PCI-express定制卡,來處理距離遠近與傳感器的實時信息,以及如何避免近距離的障礙物。

英特爾把無人機作為其處理器產品的一大新興應用加以推廣,但從宣傳力度來看,英特爾似乎更愿意看到其這兩年主打的RealSense實感技術即3D攝像頭的無人機應用有所突破。關于英特爾的處理器我們了解的很多了,這里就重點介紹下英特爾的RealSense 3D攝像頭。

  • - 從硬件部分,它是支持Intel實感計算的3D攝像頭;

  • - 從軟件部分,它是Intel“實感”計算的SDK;

Intel 3D攝像頭分為兩種,一種是用于近距離,精度較高的前置3D攝像頭,另一種是可用于較遠距離,精度稍低的后置3D攝像頭。

前置實感3D攝像頭和Kinect一樣,它的工作原理也是“結構光”。至于結構可以具體可以看下圖:

 
至于遠距離的3D攝像頭,Intel使用“主動立體成像原理”,它模仿了人眼的“視差”原理,通過打出一束紅外光,以左紅外傳感器和右紅外傳感器追蹤這束光的位置,然后用三角定位原理來計算出3D圖像中的“深度”信息。

它的結構是這樣的:

 
英特爾實感3D攝像頭可以根據被用于設備在 前置/后置 的不同位置,被分為R系列與F系列。被用在Dell Venue 8 7840中的后置攝像頭型號為Snapshot R100,同系列還有R200。而一般被用于傳統電腦、筆記本電腦和一體機等產品中的前置攝像頭則被稱為F系列,目前的設備有F200。

R200主要針對平板使用,其主要用途包括了3D掃描、家庭裝潢、身臨其境的試衣、圖像和視頻處理、游戲應用等五個方面。相比前者,R100在功能定位方面要簡單許多,其最主要的任務便是支持RealSense。此外,F200的主要用途包括了獲取3D數據的捕捉、掃描,手勢控制,以及沉浸式的協作。


  • 4. 三星Artik芯片

三星的Artik芯片有三個型號,其中應用于無人機的主要是Artik 5,Artik 5Artik 5尺寸為29x25mm,搭載1GHz ARM雙核處理器(Mali 400 MP2 GPU),搭配的是512MB LPDDR3內存以及4GB eMMc閃存。支持Wi-Fi、低功耗藍牙,支持802.11 b/g/n。此外,該芯片還能對解碼H.264等格式720p 30fps的視頻進行解碼,并提供了TrustZone。

 ARTIK 5 采用三星下一代ePoP封裝技術,為廣泛的設備和應用提供計算能力和存儲容量的最佳組合,在性能和功耗之間實現平衡。集成有業界最佳的安全特性。

 

 ARTIK 5模塊為高度集成的系統模塊,采用Exynos架構的雙核ARM Cortex-A7處理器,同時集成DRAM和閃存、一個安全元件(SE),并提供多種標準的數字控制接口,支持外部傳感器以及高性能外圍器件,以擴展模塊功能。

 




  • 5. 德州儀器OMAP3630

德州儀器的OMAP3630曾經在單核時代的智能手機領域風光無限,但隨著多核成為主流,以及德州儀器逐漸淡出消費電子,OMAP3630的戰場也轉移到無人機這樣的新興市場。

 


  • 6. Atmel Mega2560芯片

Atmel的AVR處理器芯片在國外的無人機中被采用的很多,但在國內被意法半導體占去了大部分市場。其特性參數包括:
核心處理器:AVR
內核位數:8-位
速度:16MHz
連通性:EBI/EMI,I2C,SPI,UART/USART
外圍設備:欠壓檢測/復位,POR,PWM,WDT
輸入/輸出數:86
程序存儲器容量:256KB (256K x 8)
程序存儲器類型:FLASH
EEPROM 大小:4K x 8
RAM 容量:8K x 8
電壓 - 電源 (Vcc/Vdd):4.5 V ~ 5.5 V
數據轉換器:A/D 16x10b
振蕩器型:內部
工作溫度:-40°C ~ 85°C
封裝/外殼:100-TQFP, 100-VQFP

 


  • 7. XMOS XCORE多核微控制器

多軸飛行器需要用到四至六顆無刷電機(馬達),用來驅動無人機的旋翼。而馬達驅動控制器就是用來控制無人機的速度與方向。原則上一顆馬達需要配置一顆8位MCU來做控制,但也有一顆MCU控制多個BLDC馬達的方案。

 活躍在在機器人市場的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經進入到無人機領域。目前XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些無人機/多軸飛行器的OEM客戶采用。在這些系統中,XMOS多核微控制器既用于飛行控制也用于MCU內部通信。

 
xCORE多核微控制器擁有數量在8到32個之間的、頻率高達500MHz 的32位RISC內核。xCORE器件也帶有Hardware Response I/O接口,它們可提供硬件實時I/O性能,同時伴隨很低的延遲。多核解決方案支持完全獨立地執行系統控制與通信任務,不產生任何實時操作系統(RTOS)開銷。xCORE微控制器的硬件實時性能使得客戶能夠實現精確的控制算法,同時在系統內無抖動。


  • 8. 新唐MINI 51系列

雖然來自臺灣,但終于有國產處理器出現了。

Mini51為Cortex-M0 32位微控制器系列,其特點為寬電壓工作范圍2.5V至5.5V與-40℃ ~ 105℃工作溫度、內建22.1184 MHz高精度RC晶振(±1%精確度,25℃ 5V)、并內建Data Flash、欠壓檢測、豐富外設、整合多種串行傳輸接口、高抗干擾能力(8KV ESD/4KV EFT)、支持在線系統更新(ISP)、在線電路更新(ICP)與在線應用程序更新(IAP),提供封裝有TSSOP20、QFN33(4mm*4mm與 5mm*5mm)與LQFP48。

關鍵特性 :
? 內核(Core)
- Cortex?-M0 32位微處理器
- 工作頻率可達 24 MHz
- 工作電壓:2.5V to 5.5V
- 工作溫度:-40℃ ~ 105℃
? 內存(Memory)
- 16 KB應用程序
- 內嵌2 KB SRAM
- 可配置的 Data Flash
- 在線系統更新ISP
   (In-System Programming)
- 在線電路更新ICP
   (In-Circuit Programming)
- 在線應用程序更新 IAP
   (In-Application Programming)
? 模擬轉數字轉換器(ADC)
- 提供8通道
- 10位分辨率
- 每秒采樣率可達 250kSPS
- PWM輸出可以觸發A/D轉換

? 脈沖寬度調制(PWM)

- 最多6信道PWM輸出或3信道互
   補式PWM輸出
- PWM時間與周期可觸發A/D轉換
? 通訊接口(Connectivity)
- 一組SPI(可達24 MHz)
- 一組I2C(可達 400 kHz)
- 一組UART
? 時鐘控制(Clock control)
- 外部晶振4 to 24MHz
- 內置22.1184 MHz高精度RC晶振,常溫
   5V下±1%誤差


2016年06月15日    網絡

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