无人机8大主流主控芯片大起底

在刚刚结束的CES 2016上,各大芯片厂商和设备厂商展开了一场空中争夺战,让无人机这种新兴产品形式着实火了一把,究其原因,如果无人机一直定位在个人消费品应用,它的市场容量其实十分有限,厂商对它的热情也不会这么高,但随着它在农业、物流等其他应用场景下的需求被不断发掘,一次足以席卷产业上下游的狂热也就自然随之而来。本年度的CES上跟无人机相关的主题随处即是,而与非网小编可以颇引以为傲的说,因为大疆、亿航等国内公司凭敏锐市场嗅觉抢占先机,让国内厂商在这块市场上很是风光了一把,也掌握了产业链上的重要话语权。

 但遍观无人机市场的上游芯片供应商,尤其是主控芯片,却还是以欧美韩系厂商为主导,与非网小编特别盘点了当下主流的8大无人机主控芯片,供大家参考:

 

  • 1. 意法半导体STM32系列

目前意法半导体的STM32系列是国内采用率很高的无人机主控芯片,在这点上意法半导体有个做法很聪明,它很早就赞助了全国大学生电子设计大赛,赛事推荐的无人机项目的主控芯片就是STM32,学生们熟悉了它的主控平台,工作后要做无人机自然也会选择它。

STM32系列又有STM32 F0/F1/F2/F3/F4/F7/L0/L1/L4多个产品系列,其中,STM32 F4系列在无人机中应用较为广泛。

基于ARM Cortex-M4的STM32F4系列MCU采用了意法半导体的NVM工艺和ART加速器,在高达180 MHz的工作频率下通过闪存执行时其处理性能达到225 DMIPS/608 CoreMark,这是迄今所有基于Cortex-M内核的微控制器产品所达到的最高基准测试分数。

 由于采用了动态功耗调整功能,通过闪存执行时的电流消耗范围为STM32F410的89 uA/MHz到STM32F439的260 uA/MHz。

 STM32F4系列包括八条互相兼容的数字信号控制器(DSC)产品线,是MCU实时控制功能与DSP信号处理功能的完美结合体:

  • 高级系列
    o STM32F469/479 – 180 MHz CPU/225 DMIPS,高达2 MB的双区闪存,带SDRAM和QSPI接口,Chrom-ART AcceleratorTM、LCD-TFT控制器和MPI-DSI接口
    o STM32F429/439 – 180 MHz CPU/225 DMIPS,高达2MB的双区闪存,具有SDRAM接口,Chrom-ART AcceleratorTM 和LCD-TFT控制器
    o STM32F427/437 – 180 MHz CPU/225 DMIPS,高达2 MB的双区闪存,具有SDRAM接口、Chrom-ART AcceleratorTM、串行音频接口,性能更高,静态功耗更低

  • 基础系列
    o STM32F446 – 180 MHz/225 DMIPS,高达512 KB的Flash,具有Dual Quad SPI和SDRAM接口
    o STM32F407/417 – 168 MHz CPU/210 DMIPS,高达1MB的Flash,增加了以太网MAC和照相机接口
    o STM32F405/415 – 168 MHz CPU/210 DMIPS,高达1MB的Flash、具有先进连接功能和加密功能

  • 基本型系列
    o 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,优化了数据批处理的功耗(采用批采集模式的动态效率系列)
    o  STM32F410 – 100 MHz CPU/125 DMIPS,为卓越的功率效率性能设立了新的里程碑(停机模式下89 uA/MHz和6 uA),采用新型智能DMA,优化了数据批处理的功耗(采用批采集模式的动态效率TM系列),配备真随机数发生器、低功耗定时器和DAC
    o STM32F401 – 84 MHz CPU/105 DMIPS,尺寸最小、成本最低的解决方案,具有卓越的功耗效率(动态效率系列)


  • 2. 高通骁龙Flight平台

在CES2016上,Qualcomm Incorporated子公司Qualcomm Technologies、腾讯和零度智控发布并展示了一款基于高通骁龙Flight平台的商用无人机YING,将于2016年上半年在全球上市。

骁龙Flight是一块高度优化的58x40mm开发板,专门针对消费级无人机和机器人应用而设计。骁龙Flight包含一颗骁龙801 SoC(由四颗主频为2.26GHz的核心组成),支持GPS、4K视频拍摄、强劲的连接性以及先进的无人机软件和开发工具,双通道Wi-Fi和蓝牙模块,支持实时飞行控制系统,拥有全球导航卫星系统(GNSS)接收器,支持4K视频处理,支持快速充电技术,而这一切全被整合在一张名片大小的主板上。带来了最前沿的移动技术以打造全新级别的消费级无人机。

 这款芯片可把4K无人机的平均价格从约合人民币7791元拉低至约合人民币1948-2597元,续航从20分钟延长到45-60分钟,是不是立马觉得它很接地气。

 骁龙Flight平台具有先进的处理能力,依靠高通Hexagon  DSP可实现实时飞行控制,内置高通2x2 Wi-Fi和蓝牙连接,和经优化的领先的全球导航卫星系统(GNSS)以支持高度精确的定位。骁龙Flight平台的目的是满足无人机消费者最想要的高级功能,包括:

  • 4K视频—支持4K高清摄像、图形优化和视频处理功能,以及同步720p解码

  • 先进通信和导航—双通道2*2 802.11n WiFi、蓝牙4.0和5Hz GNSS定位功能,以及基于Hexagon DSP的实时飞行控制

  • 鲁棒摄像和传感—4K 立体VGA,光流摄像机、惯性测量单元(IMU),气压传感器,以及额外的传感器支持和端口

  • 高通快充技术—支持视频/图片之间的电池快速充电

骁龙801处理器支持世界上一些最热门的智能手机,包括一个2.26GHz的四核高通Krait CPU,高通Adreno 330 GPU,Hexagon DSP,以及可选的视频解码引擎和双图形信号处理器(ISP)。

 这些功能组件构成了一个异步计算平台,支持如避障和视频稳定性等无人机先进功能的开发。


  • 3. 英特尔凌动处理器

CES2016上,英特尔展示了无人飞行器(UAV)领域采用英特尔实感技术的Yuneec Typhoon H,该设备具有防撞功能,具有方便起飞、配备4K摄像头和360度万向接头,以及遥控器内置显示屏等特点,让运动爱好者们能够捕捉运动中的自己。Yuneec计划在2016年上半年将这款设备推向市场。

内置了高达6个英特尔的“RealSense”3D摄像头,采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡,来处理距离远近与传感器的实时信息,以及如何避免近距离的障碍物。

英特尔把无人机作为其处理器产品的一大新兴应用加以推广,但从宣传力度来看,英特尔似乎更愿意看到其这两年主打的RealSense实感技术即3D摄像头的无人机应用有所突破。关于英特尔的处理器我们了解的很多了,这里就重点介绍下英特尔的RealSense 3D摄像头。

  • - 从硬件部分,它是支持Intel实感计算的3D摄像头;

  • - 从软件部分,它是Intel“实感”计算的SDK;

Intel 3D摄像头分为两种,一种是用于近距离,精度较高的前置3D摄像头,另一种是可用于较远距离,精度稍低的后置3D摄像头。

前置实感3D摄像头和Kinect一样,它的工作原理也是“结构光”。至于结构可以具体可以看下图:

 
至于远距离的3D摄像头,Intel使用“主动立体成像原理”,它模仿了人眼的“视差”原理,通过打出一束红外光,以左红外传感器和右红外传感器追踪这束光的位置,然后用三角定位原理来计算出3D图像中的“深度”信息。

它的结构是这样的:

 
英特尔实感3D摄像头可以根据被用于设备在 前置/后置 的不同位置,被分为R系列与F系列。被用在Dell Venue 8 7840中的后置摄像头型号为Snapshot R100,同系列还有R200。而一般被用于传统电脑、笔记本电脑和一体机等产品中的前置摄像头则被称为F系列,目前的设备有F200。

R200主要针对平板使用,其主要用途包括了3D扫描、家庭装潢、身临其境的试衣、图像和视频处理、游戏应用等五个方面。相比前者,R100在功能定位方面要简单许多,其最主要的任务便是支持RealSense。此外,F200的主要用途包括了获取3D数据的捕捉、扫描,手势控制,以及沉浸式的协作。


  • 4. 三星Artik芯片

三星的Artik芯片有三个型号,其中应用于无人机的主要是Artik 5,Artik 5Artik 5尺寸为29x25mm,搭载1GHz ARM双核处理器(Mali 400 MP2 GPU),搭配的是512MB LPDDR3内存以及4GB eMMc闪存。支持Wi-Fi、低功耗蓝牙,支持802.11 b/g/n。此外,该芯片还能对解码H.264等格式720p 30fps的视频进行解码,并提供了TrustZone。

 ARTIK 5 采用三星下一代ePoP封装技术,为广泛的设备和应用提供计算能力和存储容量的最佳组合,在性能和功耗之间实现平衡。集成有业界最佳的安全特性。

 

 ARTIK 5模块为高度集成的系统模块,采用Exynos架构的双核ARM Cortex-A7处理器,同时集成DRAM和闪存、一个安全元件(SE),并提供多种标准的数字控制接口,支持外部传感器以及高性能外围器件,以扩展模块功能。

 




  • 5. 德州仪器OMAP3630

德州仪器的OMAP3630曾经在单核时代的智能手机领域风光无限,但随着多核成为主流,以及德州仪器逐渐淡出消费电子,OMAP3630的战场也转移到无人机这样的新兴市场。

 


  • 6. Atmel Mega2560芯片

Atmel的AVR处理器芯片在国外的无人机中被采用的很多,但在国内被意法半导体占去了大部分市场。其特性参数包括:
核心处理器:AVR
内核位数:8-位
速度:16MHz
连通性:EBI/EMI,I2C,SPI,UART/USART
外围设备:欠压检测/复位,POR,PWM,WDT
输入/输出数:86
程序存储器容量:256KB (256K x 8)
程序存储器类型:FLASH
EEPROM 大小:4K x 8
RAM 容量:8K x 8
电压 - 电源 (Vcc/Vdd):4.5 V ~ 5.5 V
数据转换器:A/D 16x10b
振荡器型:内部
工作温度:-40°C ~ 85°C
封装/外壳:100-TQFP, 100-VQFP

 


  • 7. XMOS XCORE多核微控制器

多轴飞行器需要用到四至六颗无刷电机(马达),用来驱动无人机的旋翼。而马达驱动控制器就是用来控制无人机的速度与方向。原则上一颗马达需要配置一颗8位MCU来做控制,但也有一颗MCU控制多个BLDC马达的方案。

 活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也表示已经进入到无人机领域。目前XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些无人机/多轴飞行器的OEM客户采用。在这些系统中,XMOS多核微控制器既用于飞行控制也用于MCU内部通信。

 
xCORE多核微控制器拥有数量在8到32个之间的、频率高达500MHz 的32位RISC内核。xCORE器件也带有Hardware Response I/O接口,它们可提供硬件实时I/O性能,同时伴随很低的延迟。多核解决方案支持完全独立地执行系统控制与通信任务,不产生任何实时操作系统(RTOS)开销。xCORE微控制器的硬件实时性能使得客户能够实现精确的控制算法,同时在系统内无抖动。


  • 8. 新唐MINI 51系列

虽然来自台湾,但终于有国产处理器出现了。

Mini51为Cortex-M0 32位微控制器系列,其特点为宽电压工作范围2.5V至5.5V与-40℃ ~ 105℃工作温度、内建22.1184 MHz高精度RC晶振(±1%精确度,25℃ 5V)、并内建Data Flash、欠压检测、丰富外设、整合多种串行传输接口、高抗干扰能力(8KV ESD/4KV EFT)、支持在线系统更新(ISP)、在线电路更新(ICP)与在线应用程序更新(IAP),提供封装有TSSOP20、QFN33(4mm*4mm与 5mm*5mm)与LQFP48。

关键特性 :
o 内核(Core)
- Cortex(R)-M0 32位微处理器
- 工作频率可达 24 MHz
- 工作电压:2.5V to 5.5V
- 工作温度:-40℃ ~ 105℃
o 内存(Memory)
- 16 KB应用程序
- 内嵌2 KB SRAM
- 可配置的 Data Flash
- 在线系统更新ISP
   (In-System Programming)
- 在线电路更新ICP
   (In-Circuit Programming)
- 在线应用程序更新 IAP
   (In-Application Programming)
o 模拟转数字转换器(ADC)
- 提供8通道
- 10位分辨率
- 每秒采样率可达 250kSPS
- PWM输出可以触发A/D转换

o 脉冲宽度调制(PWM)

- 最多6信道PWM输出或3信道互
   补式PWM输出
- PWM时间与周期可触发A/D转换
o 通讯接口(Connectivity)
- 一组SPI(可达24 MHz)
- 一组I^2C(可达 400 kHz)
- 一组UART
o 时钟控制(Clock control)
- 外部晶振4 to 24MHz
- 内置22.1184 MHz高精度RC晶振,常温
   5V下±1%误差


2016年06月15日    网络

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