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作者：VíctorMayoral-Vilches和GiulioCorradi，賽靈思公司

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連載四：如何理解面向機(jī)器人的“軟件定義硬件”

術(shù)語(yǔ)“軟件定義硬件software-definedhardwareo”往往指將應(yīng)用映射至FPGA，從而通過(guò)軟件創(chuàng)建運(yùn)行時(shí)可重配置硬件。軟件定義硬件旨在實(shí)現(xiàn)特定算法或計(jì)算的運(yùn)行時(shí)效率最大化，是基于固定的馮諾依曼計(jì)算架構(gòu)的CPU和GPU或是成本高、同樣功能不可變的ASIC的替代產(chǎn)品。因此，面向機(jī)器人的軟件定義硬件，應(yīng)被理解成能夠通過(guò)軟件重新編程和適配的運(yùn)行時(shí)可重配置機(jī)器人硬件。。

傳統(tǒng)的機(jī)器人軟件編程是在預(yù)定義的架構(gòu)和約束條件下，在給定機(jī)器人的CPU中進(jìn)行功能編程。正如前文所述，一旦機(jī)器人遇到適配需求，就會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的系統(tǒng)集成操作。然而如果使用FPGA，構(gòu)建機(jī)器人的行為就是為解決任務(wù)的架構(gòu)編程。機(jī)器人架構(gòu)師可以純粹從軟件創(chuàng)建自己的硬件設(shè)計(jì)，并可以通過(guò)各種平臺(tái)完成交付，如圖1所示。

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圖1：賽靈思自適應(yīng)計(jì)算解決方案

對(duì)于機(jī)器人專家來(lái)說(shuō)，有三種與FPGA技術(shù)交互的途徑。首先是芯片級(jí)入手的方法，既將片上系統(tǒng)集成到定制設(shè)計(jì)的PCB中，以滿足應(yīng)用需求。這種方法最適合機(jī)器人制造商，是大批量和成本優(yōu)化型批量的理想選擇。第二種方法是采用系統(tǒng)模塊，將預(yù)裝配電路板插入定制的承載電路板。SOM幫助硬件工程師加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，將他們從計(jì)算平臺(tái)上解放出來(lái)，把精力集中在更有價(jià)值的創(chuàng)新上。第三種方法是采用已經(jīng)集成大量外設(shè)的完全裝配好的電路板。對(duì)于高計(jì)算強(qiáng)度的運(yùn)算而言，可直接插入工作站的完整電路板代表了最佳的權(quán)衡取舍。

要點(diǎn)總結(jié)：傳統(tǒng)的機(jī)器人軟件編程是在預(yù)定義的架構(gòu)和約束條件下，在給定機(jī)器人的CPU中進(jìn)行功能編程。而采用自適應(yīng)計(jì)算后，構(gòu)建機(jī)器人行為則是對(duì)架構(gòu)的編程。

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