RISC-V已落地人形机器人“运动控制、实时通信、环境感知”赛道

机器人关节伺服这块，现在做设计的人普遍碰到两个头疼的事。

一个是算力吃紧。以前跑个PID就差不多了，现在不行了，客户要求越来越高，得加前馈补偿、自适应算法，应对非线性负载变化。而且现在趋势是把传统控制算法和AI推理往一起揉，这些东西堆上去，主控芯片的算力很快就见底了。同时电流环带宽要求也从几百赫兹往上飙，现在往几十k走。电机那边因为关节体积受限，绕组电感越做越低，PWM载波只能跟着往上提。

另一个是PCB空间。机器人关节就那么点地方，还得中空走线，留给电子系统的面积越来越小。之前方案里算力够的芯片，外围器件太多放不下；外围集成度高的，算力又跟不上。

所以市场上一直在找一颗算力够、集成度高、能抗住恶劣环境的芯片。

在今日举办的第五届滴水湖中国RISC-V产业论坛上，北京先楫机器人半导体科技有限公司产品总监费振东带来了公司今年6月刚量产发布的一款针对机器人关节CAN通信与运动控制专用MCU产品——HPM53M1。

图 | 北京先楫机器人半导体科技有限公司产品总监费振东

这颗片子的核心参数是这样的：RISC-V内核，主频480MHz，带双精度浮点和DSP扩展。存储方面，指令RAM和数据RAM各128KB，再加32KB的AHB SRAM，总共288KB，Flash是1MB。实测下来电流环能做到1μs左右一圈，费振东认为，这对于关节控制来说算力是够用的。

图 | HPM53M1架构图；来源：先楫机器人

此外，他指出集成度是这颗芯片比较突出的地方。它直接集成了三相半桥驱动，耐压150V，500kHz开关频率，输出电流+0.8A/-1.2A，可以直推外面的功率MOS管。自举电路也做在里面了，悬浮电源设计，省了不少外围器件。模拟部分给了2路16位ADC，采样率2MSPS；2路12位DAC，1MSPS；2路比较器。运放一共4个通道，其中2个是高速信号调理用的，2个是6MHz带宽的轨到轨运放，都是5V单电源供电。

编码器接口方面，带了一个可编程的SEI模块，BiSS-C、Tamagawa、EnDAT这些主流绝对式编码器协议都能支持，通过编程适配就行。旋变解码器也直接集成了，不用外挂。PWM是2组8通道的，配合可编程逻辑单元PLB做触发互联，灵活性还可以。

通信接口给了4路CAN FD、4路UART、3路SPI、4路I²C，还有一个带内置PHY的高速USB，可以直接连电脑调试。封装是QFN80，9×9mm，0.4mm pitch，支持5V直接供电，片内集成了两路3.3V/500mA的LDO，可以给外部电路供电。工作温度-40到105℃，关节环境够用。

此外，先楫还做了一个24V的关节参考方案，电机额定电流5A，额定转速105RPM，减速比8，极对数15对。通信走的CAN和CANFD，应用层协议用CANOpen。