FPGA可配置应用平台给工业产品带来的设计便利

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1 FPGA可配置应用平台给工业产品带来的设计便利
姜承湘（Sting Jiang） 京微雅格市场经理

2 京微雅格公司简介 除美国以外唯一自主研发并成功量产FPGA产品的公司 Funded in 2005
CME Headquarters Design Service Centers Sales Offices 除美国以外唯一自主研发并成功量产FPGA产品的公司 Funded in 2005 Research center in Santa Clara, CA USA Sales Office : Beijing, Shenzhen, Shanghai HQ Beijing, China First commercialized CAP: integrating FPGA / CPU / ADC / ASIC / SRAM / Flash on one chip with ‘customized configurability and programmability’ Intellectual property: Filed over 140 patents in US & China, 66 patents have been issued/granted Value proposition and vision: Filling the gap in PLD, ASIC, ADC and CPU. As the first FPGA vendor in China, the CME develops and sells FPGA chips and solutions based on independently developed CAP technology Capital structure: Privately held with investment from Agate Logic and Beijing Government 获准承担 年国家重大科技专项，预算课题经费4.8亿元人民币

3 京微雅格产品线 CME-River CME-Mountain CME-Cloud
100G OTN Cloud 4G-LTE BBU & RRU Smart Surveillance  Ultrasound FXO/FXS card IPPBX Smart Home LED display Motion Control Pulse Oximeter Diagnostic Tools Data Encryption Device DSC 3D Devices Smart Phone Toy Internet of Things Car DVR Wearable Devices (watch, glasses, etc.) Telecom: PABX, Repeater, … Industry Control: Sewing Machine, PLC Video Processing: Surveillance, Video Card Display: LCD/LED Panel Consumer Electronics: Smart Home, Car Infotainment Broadcasting: STB Medical: X-ray, Blood Analysis, Breath Device Information security: Security TeleCom Equipment Differentiated Products(产品差异化) Wearable Devices (可穿戴) Mobile Devices (移动) Smart Devices (智能) Low Power(低功耗) Cost-Effective(高性价比) And more …… 4G-LTE (4G无线网络) Cloud Computing(云计算) 100G Backbone(100G骨干网) Medical Equipment(医疗设备) Smart Vision(智能视觉) And more……

4 什么是FPGA（Field Programmable Gate Array）
CPLD 74HC153：Dual 4-Input Multiplexer

5 FPGA结构—芯片（CME-M7） PLB： Programmable Logic Block MCU & Memory
Peripherals EMB： Embedded Memory Block 18x18 DSP Block

6 FPGA结构—PLB（CME-M7） PLB：Programmable Logic Block

7 CPLD结构（补充材料）

8 CME-M7可配置应用平台简介 — 器件资源

9 CME-M7可配置应用平台简介 — 器件资源 Continued

10 CME-M7可配置应用平台简介 — 器件封装 RTC工作电流：1uA

11 CME-M7可配置应用平台简介 — 系统框图 RTC工作电流：1uA

12 应用案例

13 PLC可编程控制器应用案例 DCS分布式控制系统框图

14 PLC可编程控制器应用案例 工程师站，备份主控器……

15 CME-M7方案优势 趋势 优势 向高集成、小型化方向发展：当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。 PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力：为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。 集成ARM Cortex-M3，300MHz性能 集成CAN 2.0 A/B，10/100/1000M 以太网控制器，再加上灵活可重构的FPGA逻辑，为工业现场总线提供支持 集成DDR2/3 Memory控制器 集成12K LUTs FPGA，适合于连接不同的智能模块，提供PLC之间的联网通信协议，实现运动控制算法等。 CME-M7高集成度的特点，适应PLC小型化的发展趋势。

16 运动控制市场概况 运动控制市场趋势 2014年，在美国半导体机械市场的复苏将推动运动控制收入的增长；2014年，在亚洲机床市场预计将恢复。全球范围内，运动控制市场预计将增长超过8％，将达$133亿美元。

17 2-CH ADC(位置，电流检测) x 2 (x,y)
运动控制方案框图 CME-M7 (Cortex-M3 Embedded) 驱动 电路 X轴 Y轴 ADC 4 Channels PC or U盘 DAC 2 Channels SDRAM 伺服 电机 USB 2.0 OTG LCD Panel 2-CH ADC(位置，电流检测) x 2 (x,y)

18 CME-M7方案优势 趋势 优势 高速度高精度：十二五规划指出要加快我国高端装备制造业的发展。就运动控制领域而言，高速度、高精度无疑将会应用在高端设备和精密仪器制造之上 工业以太网：EtherCAT、Powerlink、ProfinetIRT、SERCOSⅢ等众多实时以太网技术仍处于并存发展的态势，技术的不断发展和日益开放的技术环境，使运动控制用户的选择越来越简单易行 集成ARM Cortex-M3（300MHz），再加上FPGA逻辑，可实现高速高精度运动插补 集成USB 2.0 OTG，可以直接读取U盘数据实现脱机工作，也可以连接PC实现联机操作 支持SDRAM控制器，集成DDR Memory控制器（为后续扩展提供可能） 支持连接多组ADC以及DAC，实现精确的多轴伺服控制 集成CAN 2.0 A/B，10/100/1000M 以太网控制器，再加上灵活可重构的FPGA逻辑，为工业现场总线提供支持

19 HMI市场概况 年中国HMI市场规模及增长率

20 HMI方案 基于CME-M7的HMI方案

21 CME-M7方案优势 趋势 优势 行业应用专用产品：特别对于过程控制自动化领域，现场总线和以太网的支持能力显得更为重要，随着硬件成本的进一步降低和软件通用性的普及，集成众多通讯方式的主机产品将会越来越多，并在各自的应用领域中得到升级、深化 开放式HMI产品：可以扩展增强监视、控制、通讯、运动、视觉等功能 集成ARM Cortex-M3，300MHz性能高效实现各类HMI指令解析 集成USB 2.0 OTG，方便直接使用U盘进行快速的固件升级 集成CAN 2.0 A/B，适用于工业控制场合 集成10/100/1000M以太网控制器，可通过网络访问HMI人机界面 集成12K LUTs FPGA方便各种功能的扩展

22 纺织机市场概况 数据来源：中国行业研究网 2012年纺机行业市场概况
这是我们后面所关注的横机、圆机等设备的市场，约为400亿左右。 数据来源：中国行业研究网 对于纺织行业，我们重点关注纺织机械行业，我们来看一个数据，2012年1-12月，中国纺织机械行业实现主营业务收入 亿元 纺织机械又分为：纺纱机械、化纤机械、织造机械、染整机械 、非织造设备等

23 纺织机方案框图

24 CME-M7方案优势 趋势 优势 全电脑横机逐步替代手摇横机，并且以每年10万~20万套的速度增长，而国产横机也存在价格优势，所占比重不断扩大，全电脑横机是未来的趋势 在全自动的织造机械中，以横机、圆机、袜机等为主要的机种，这些机种中都有FPGA的身影 CME-M7的高集成度可以替代原来系统中显示板中的ARM11，以及主控板上的ARM Cortex-M3和FPGA，整体BOM成本低。 CME-M1用在选针板以及气阀板上，主要是采用QFN68封装，体积小，性价比高，可靠性比MCU高。 FPGA+MCU的单芯片解决方案具有灵活度高，扩展性较强，方便用户后期的升级。

25 LED显示

26 LED市场概况 年中国LED行业总产值（亿元，%） 数据来源：高工LED行业研究所

27 LED市场概况 年中国各领域LED应用产值情况（亿元） 数据来源：高工LED行业研究所

28 LED显示方案框图 Sensor SDRAM/DDR2/3 Memory USB Flash disk 74HC245 CME-M7
(FPGA + Cortex-M3) SDRAM/DDR2/3 Memory Ethernet PHY 74HC245 Ethernet USB 2.0 OTG NandFlash/SD USB Flash disk PC IO to LED HUB Connector …… Sensor

29 LED显示的趋势及CME-M7方案优势 趋势 优势 LED显示由单双色向全彩发展
LED控制卡接口多样化：包含USB 2.0接口，网络接口，UART接口，485接口等等 高灰阶，高刷新率，高亮度 集成ARM Cortex-M3，实现USB 2.0以及以太网协议，并实现节目的特效处理； 集成USB 2.0，可实现对U盘的访问，进行节目升级； 集成10/100/1000M以太网控制器，可通过网络进行节目升级及远程控制； 集成DDR Memory控制器，作为图像数据的帧缓存 FPGA实现对LED的扫描控制，实现高灰阶，高刷新率，高亮度

30 CME-M7可配置应用平台优势 高集成度 丰富的外设 FPGA逻辑资源 封装 安全加密
单芯片集成FPGA以及ARM Cortex-M3（300MHz），ARM Cortex-M3不占用FPGA逻辑资源（与FPGA软核CPU相比）；减少器件数量，减少外部走线，提高产品可靠性和稳定性，提高产品的可扩展性。 高集成度 集成了丰富外设接口及硬核控制器：USB 2.0 OTG，10/100/1000M Ethernet MAC，DDR Memory 控制器，I2C，SPI，UART，32 bit Timer，CAN 2.0 A/B，RTC，ADC 丰富的外设 相同LUTs下有更多的EMB块数、EMB总容量、DSP、PLL FPGA逻辑资源 独有的LQFP216以及LQFP256封装，在不使用BGA封装的前提下，给用户提供更多的IO 相同FPGA容量下可用I/O最多：达310个（BGA484） 封装 256 bit-AES防止设计被克隆复制 安全加密

31 谢谢!