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無人機(jī)8大主流主控芯片大起底
發(fā)布時間：2023-09-06 10:07:13 瀏覽：804次
在剛剛結(jié)束的CES 2016上，各大芯片廠商和設(shè)備廠商展開了一場空中爭奪戰(zhàn)，讓無人機(jī)這種新興產(chǎn)品形式著實(shí)火了一把，究其原因，如果無人機(jī)一直定位在個人消費(fèi)品應(yīng)用，它的市場容量其實(shí)十分有限，廠商對它的熱情也不會這么高，但隨著它在農(nóng)業(yè)、物流等其他應(yīng)用場景下的需求被不斷發(fā)掘，一次足以席卷產(chǎn)業(yè)上下游的狂熱也就自然隨之而來。本年度的CES上跟無人機(jī)相關(guān)的主題隨處即是，而與非網(wǎng)小編可以頗引以為傲的說，因?yàn)榇蠼|航等國內(nèi)公司憑敏銳市場嗅覺搶占先機(jī)，讓國內(nèi)廠商在這塊市場上很是風(fēng)光了一把，也掌握了產(chǎn)業(yè)鏈上的重要話語權(quán)。
但遍觀無人機(jī)市場的上游芯片供應(yīng)商，尤其是主控芯片，卻還是以歐美韓系廠商為主導(dǎo)，與非網(wǎng)小編特別盤點(diǎn)了當(dāng)下主流的8大無人機(jī)主控芯片，供大家參考：
1. 意法半導(dǎo)體STM32系列
目前意法半導(dǎo)體的STM32系列是國內(nèi)采用率很高的無人機(jī)主控芯片，在這點(diǎn)上意法半導(dǎo)體有個做法很聰明，它很早就贊助了全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，賽事推薦的無人機(jī)項(xiàng)目的主控芯片就是STM32，學(xué)生們熟悉了它的主控平臺，工作后要做無人機(jī)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(chǎn)品系列，其中，STM32 F4系列在無人機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。
基于ARM Cortex-M4的STM32F4系列MCU采用了意法半導(dǎo)體的NVM工藝和ART加速器，在高達(dá)180 MHz的工作頻率下通過閃存執(zhí)行時其處理性能達(dá)到225 DMIPS/608 CoreMark，這是迄今所有基于Cortex-M內(nèi)核的微控制器產(chǎn)品所達(dá)到的最高基準(zhǔn)測試分?jǐn)?shù)。
由于采用了動態(tài)功耗調(diào)整功能，通過閃存執(zhí)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(shù)字信號控制器（DSC）產(chǎn)品線，是MCU實(shí)時控制功能與DSP信號處理功能的完美結(jié)合體：
高級系列
? STM32F469/479 – 180 MHz CPU/225 DMIPS，高達(dá)2 MB的雙區(qū)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(dá)2MB的雙區(qū)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(dá)2 MB的雙區(qū)閃存，具有SDRAM接口、Chrom-ART Accelerator?、串行音頻接口，性能更高，靜態(tài)功耗更低
基礎(chǔ)系列
? STM32F446 – 180 MHz/225 DMIPS，高達(dá)512 KB的Flash，具有Dual Quad SPI和SDRAM接口
? STM32F407/417 – 168 MHz CPU/210 DMIPS，高達(dá)1MB的Flash，增加了以太網(wǎng)MAC和照相機(jī)接口
? STM32F405/415 – 168 MHz CPU/210 DMIPS，高達(dá)1MB的Flash、具有先進(jìn)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(yōu)化了數(shù)據(jù)批處理的功耗（采用批采集模式的動態(tài)效率系列）
? STM32F410 – 100 MHz CPU/125 DMIPS，為卓越的功率效率性能設(shè)立了新的里程碑（停機(jī)模式下89 μA/MHz和6 μA），采用新型智能DMA，優(yōu)化了數(shù)據(jù)批處理的功耗（采用批采集模式的動態(tài)效率?系列），配備真隨機(jī)數(shù)發(fā)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(tài)效率系列）
2. 高通驍龍F(tuán)light平臺
在CES2016上，Qualcomm Incorporated子公司Qualcomm Technologies、騰訊和零度智控發(fā)布并展示了一款基于高通驍龍F(tuán)light平臺的商用無人機(jī)YING，將于2016年上半年在全球上市。
驍龍F(tuán)light是一塊高度優(yōu)化的58x40mm開發(fā)板，專門針對消費(fèi)級無人機(jī)和機(jī)器人應(yīng)用而設(shè)計(jì)。驍龍F(tuán)light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(qiáng)勁的連接性以及先進(jìn)的無人機(jī)軟件和開發(fā)工具，雙通道Wi-Fi和藍(lán)牙模塊，支持實(shí)時飛行控制系統(tǒng)，擁有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器，支持4K視頻處理，支持快速充電技術(shù)，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(shù)以打造全新級別的消費(fèi)級無人機(jī)。
這款芯片可把4K無人機(jī)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(xù)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F(tuán)light平臺具有先進(jìn)的處理能力，依靠高通Hexagon DSP可實(shí)現(xiàn)實(shí)時飛行控制，內(nèi)置高通2x2 Wi-Fi和藍(lán)牙連接，和經(jīng)優(yōu)化的領(lǐng)先的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）以支持高度精確的定位。驍龍F(tuán)light平臺的目的是滿足無人機(jī)消費(fèi)者最想要的高級功能，包括：
?4K視頻—支持4K高清攝像、圖形優(yōu)化和視頻處理功能，以及同步720p解碼
?先進(jìn)通信和導(dǎo)航—雙通道2*2 802.11n WiFi、藍(lán)牙4.0和5Hz GNSS定位功能，以及基于Hexagon DSP的實(shí)時飛行控制
?魯棒攝像和傳感—4K 立體VGA，光流攝像機(jī)、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(shù)—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(jī)，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(gòu)成了一個異步計(jì)算平臺，支持如避障和視頻穩(wěn)定性等無人機(jī)先進(jìn)功能的開發(fā)。
3. 英特爾凌動處理器
CES2016上，英特爾展示了無人飛行器(UAV)領(lǐng)域采用英特爾實(shí)感技術(shù)的Yuneec Typhoon H，該設(shè)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(nèi)置顯示屏等特點(diǎn)，讓運(yùn)動愛好者們能夠捕捉運(yùn)動中的自己。Yuneec計(jì)劃在2016年上半年將這款設(shè)備推向市場。
內(nèi)置了高達(dá)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(yuǎn)近 與傳感器的實(shí)時信息，以及如何避免近距離的障礙物。
英特爾把無人機(jī)作為其處理器產(chǎn)品的一大新興應(yīng)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(shí)感技術(shù)即3D攝像頭的無人機(jī)應(yīng)用有所突破。關(guān)于英特爾的處理器我們了解的很多了，這里就重點(diǎn)介紹下英特爾的RealSense 3D攝像頭。
- 從硬件部分，它是支持Intel實(shí)感計(jì)算的3D攝像頭；
- 從軟件部分，它是Intel“實(shí)感”計(jì)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(yuǎn)距離，精度稍低的后置3D攝像頭。
前置實(shí)感3D攝像頭和Kinect一樣，它的工作原理也是“結(jié)構(gòu)光”。至于結(jié)構(gòu)可以具體可以看下圖：
至于遠(yuǎn)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(jì)算出3D圖像中的“深度”信息。
它的結(jié)構(gòu)是這樣的：
英特爾實(shí)感3D攝像頭可以根據(jù)被用于設(shè)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(tǒng)電腦、筆記本電腦和一體機(jī)等產(chǎn)品中的前置攝像頭則被稱為F系列，目前的設(shè)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(yīng)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(wù)便是支持RealSense。此外，F(xiàn)200的主要用途包括了獲取3D數(shù)據(jù)的捕捉、掃描，手勢控制，以及沉浸式的協(xié)作。
4. 三星Artik芯片
三星的Artik芯片有三個型號，其中應(yīng)用于無人機(jī)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(nèi)存以及4GB eMMc閃存。支持Wi-Fi、低功耗藍(lán)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(jìn)行解碼，并提供了TrustZone。
ARTIK 5 采用三星下一代ePoP封裝技術(shù)，為廣泛的設(shè)備和應(yīng)用提供計(jì)算能力和存儲容量的最佳組合，在性能和功耗之間實(shí)現(xiàn)平衡。集成有業(yè)界最佳的安全特性。
ARTIK 5模塊為高度集成的系統(tǒng)模塊，采用Exynos架構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字控制接口，支持外部傳感器以及高性能外圍器件，以擴(kuò)展模塊功能。 
5. 德州儀器OMAP3630
德州儀器的OMAP3630曾經(jīng)在單核時代的智能手機(jī)領(lǐng)域風(fēng)光無限，但隨著多核成為主流，以及德州儀器逐漸淡出消費(fèi)電子，OMAP3630的戰(zhàn)場也轉(zhuǎn)移到無人機(jī)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(jī)中被采用的很多，但在國內(nèi)被意法半導(dǎo)體占去了大部分市場。其特性參數(shù)包括：
核心處理器：AVR
內(nèi)核位數(shù)：8-位
速度：16MHz
連通性：EBI/EMI，I2C，SPI，UART/USART
外圍設(shè)備：欠壓檢測/復(fù)位，POR，PWM，WDT
輸入/輸出數(shù)：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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：A/D 16x10b
振蕩器型：內(nèi)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(jī)（馬達(dá)），用來驅(qū)動無人機(jī)的旋翼。而馬達(dá)驅(qū)動控制器就是用來控制無人機(jī)的速度與方向。原則上一顆馬達(dá)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(dá)的方案。
活躍在在機(jī)器人市場的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經(jīng)進(jìn)入到無人機(jī)領(lǐng)域。目前XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些無人機(jī)/多軸飛行器的OEM客戶采用。在這些系統(tǒng)中，XMOS多核微控制器既用于飛行控制也用于MCU內(nèi)部通信。
xCORE多核微控制器擁有數(shù)量在8到32個之間的、頻率高達(dá)500MHz 的32位RISC內(nèi)核。xCORE器件也帶有Hardware Response I/O接口，它們可提供硬件實(shí)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(dú)立地執(zhí)行系統(tǒng)控制與通信任務(wù)，不產(chǎn)生任何實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）開銷。xCORE微控制器的硬件實(shí)時性能使得客戶能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制算法，同時在系統(tǒng)內(nèi)無抖動。
8. 新唐MINI 51系列
雖然來自臺灣，但終于有國產(chǎn)處理器出現(xiàn)了。
Mini51為Cortex-M0 32位微控制器系列，其特點(diǎn)為寬電壓工作范圍2.5V至5.5V與-40℃ ~ 105℃工作溫度、內(nèi)建22.1184 MHz高精度RC晶振(±1%精確度，25℃ 5V)、并內(nèi)建Data Flash、欠壓檢測、豐富外設(shè)、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(tǒng)更新(ISP)、在線電路更新(ICP)與在線應(yīng)用程序更新(IAP)，提供封裝有TSSOP20、QFN33(4mm*4mm與 5mm*5mm)與LQFP48。
關(guān)鍵特性 :
? 內(nèi)核(Core)
- Cortex®-M0 32位微處理器
- 工作頻率可達(dá) 24 MHz
- 工作電壓：2.5V to 5.5V
- 工作溫度：-40℃ ~ 105℃
? 內(nèi)存(Memory)
- 16 KB應(yīng)用程序
- 內(nèi)嵌2 KB SRAM
- 可配置的 Data Flash
- 在線系統(tǒng)更新ISP
(In-System Programming)
- 在線電路更新ICP
(In-Circuit Programming)
- 在線應(yīng)用程序更新 IAP
(In-Application Programming)
? 模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)
- 提供8通道
- 10位分辨率
- 每秒采樣率可達(dá) 250kSPS
- PWM輸出可以觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換
? 脈沖寬度調(diào)制(PWM）
- 最多6信道PWM輸出或3信道互
補(bǔ)式PWM輸出
- PWM時間與周期可觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換
? 通訊接口(Connectivity)
- 一組SPI(可達(dá)24 MHz)
- 一組I2C(可達(dá) 400 kHz)
- 一組UART
? 時鐘控制(Clock control)
- 外部晶振4 to 24MHz
- 內(nèi)置22.1184 MHz高精度RC晶振，常溫
5V下±1%誤差
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