深度解说：盘点芯片商瓜分工业机器人的“吃相”（下）

DSP结合PRU机器视觉系统扩充性大增

由于 工业控制 环境须支援多种複杂的通讯协议，因此为了让机器视觉系统可弹性扩充，以支援不同类型的通讯介面，德州仪器(TI)研发出可编程即时元件(ProgrammableReal-timeUnit,PRU)整合数位讯号处理器DSP的新方案，藉此建立完善的可编程环境，提高机器视觉系统的设计灵活性。

德州仪器半导体行销应用协理暨资深科技委员会委员郑曜庭表示，瞄准机器视觉运算商机，各类嵌入式处理器供应商正积极展开布局；而在各种嵌入式处理器中，又以内建DSP的SoC方案，适合用来设计机器视觉系统。

郑曜庭进一步分析，以 MCU 为例，虽然安谋国际Cortex-M4架构已经内建浮点运算单元(FPU)，不过Cortex-M4MCU仍只能实现低阶影像讯号处理，如指纹辨识影像分析，因此并不适用于要求高精准度影像运算的工业控制领域；而以传统x86架构开发而成的工业电脑(IndustrialPC,IPC)平台，虽然开发环境、生态系统、软硬体支援等都较为成熟，但x86IPC对于机器视觉运算系统而言，功耗及成本负担始终是个疑虑。相较而言，DSP在性能及成本考量上都较为适宜，不论是单颗DSP，抑或是内嵌多核心DSP及中央处理器(CPU)的SoC方案，皆适于用来设计机器视觉的主、次系统。

除看重影像讯号分析及处理效能外，嵌入式处理器亦须尽可能支援各种工业用通讯介面。郑曜庭指出，智慧型嵌入式系统主要的构成要件有「3C」，也就是运算(Computing)、连结(Connectivity)和云端(Cloud)，三者缺一不可；而有鑑于工控领域须应付多种工规等级的複杂通讯协定，如EtherCAT、EtherNet/IP、CC-LinkIE、MECHATROLINK、ModbusTCP、PROFINET或是PowerLink等，因此通讯连结的支援更是机器视觉系统的重要开发挑战。

为了避免因同时支援所有通讯周边，导致DSP元件尺寸过大、功耗及成本过高，DSP厂商通常会选择开发支援不同通讯介面的多种组合方案；不过，如此一来，机器视觉系统的开发弹性也就相应受限，许多系统开发商也因而转用设计弹性较高的FPGA方案。

有鑑于此，德州仪器便在DSPSoC中，加入PRU区块，用以补足处理器未能提供的通讯输入/输出(I/O)接脚。郑曜庭指出，PRU的高弹性有助于开发人员在终端产品中整合更多的通讯介面，更重要的是，整合PRU的DSP能提高系统开发商的设计弹性，让DSP在通讯介面的支援上得以媲美FPGA方案。

据了解，为了应付低阶到高阶的机器视觉系统设计，德州仪器在整合DSP的SoC产品线上亦多方布局，如在KeyStone系列中，其单一SoC上多可整合八颗DSP以及二颗PRU，外加四个ARM架构的CPU，用以满足高阶机器视觉运算，并提供高扩展性的编程环境。

郑曜庭认为，目前在工业自动化产线上，除了应用较为成熟的机器手臂之外，影像的分析、运算与处理也渐渐成为工厂智慧自动化应用中不可或缺的要素，包括自动光学检测(AutomaticOpticalInspection,AOI)、嵌入式机器视觉等系统皆深具应用潜力，尤其是机器视觉运算未来将可大幅简化生产线上的工作流程。

以印刷 电路板 (PCB)的表面黏著技术(SurfaceMountTechnology,SMT)为例，目前採用此技术的生产线，其运作方式大多系藉由机器手臂来取代透过人力进行通孔安装的传统方式；亦即，机器手臂可直接将电子零件黏贴在PCB表面，再经由自动光学检测系统扫描、分析、检测半成品，后透过 可编程逻辑 控制器(PLC)设计的产线分流机制，拣选不合格之产品，藉由上述重重机制把关产线良率；不过，若在产线上加入机器视觉运算功能，将可大幅简化产线运作流程设计，让整条产线更加简单、智慧化。

值得注意的是，在智慧自动化应用中，运动控制、机器视觉的整合是未来重要的发展趋势，因此机器人需要功能更为全面的强大控制中枢，看准此应用前景，工业电脑大厂亦正挟其高效能的工控平台抢攻此波商机。

深度解说：盘点 芯片 商瓜分工业机器人的“吃相”（上）

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