答疑系列：深入應用FPGA技術，對于人形機器人的實用化可能產(chǎn)生哪些影響？

大俠好，歡迎來到FPGA技術江湖，江湖偌大，相見即是緣分。大俠可以關注FPGA技術江湖，在“闖蕩江湖”、"行俠仗義"欄里獲取其他感興趣的資源，或者一起煮酒言歡?！爸缶蒲詺g”進入IC技術圈，這里有近100個IC技術公眾號。

今天給大俠帶來在FPAG技術交流群里平時討論的問題答疑合集（六），以后還會多推出本系列，話不多說，上貨。

Q1：深入應用FPGA技術，對于人形機器人的實用化可能產(chǎn)生哪些影響？為什么？

這里說的深入應用，不是指在9年前已經(jīng)在工業(yè)機器人中實用化的 “用FPGA實現(xiàn)伺服驅動、驅控一體”，而是指將FPGA的應用范圍拓展到人形機器人的整個控制系統(tǒng)。

具體而言是：

發(fā)揮FPGA高速、并行、運算及引腳資源極其豐富、定時精確（納秒級）、硬件直接實現(xiàn)算法、操作數(shù)存取機制簡單且高效、功能極其靈活、開發(fā)調試手段先進的優(yōu)點，將FPGA用于實現(xiàn)（以及協(xié)助CPU實現(xiàn)）人形機器人控制系統(tǒng)之中基于多路高速并行協(xié)同采樣、高速并行運行多路大運算量協(xié)作算法、運算結果的多通道精準協(xié)同輸出、具備強實時性（低延遲量+低延遲抖動量）需求的高性能復雜反饋控制算法。

典型算法包括：

基于多個、多模態(tài)傳感器對環(huán)境/本體/任務對象進行實時建模，基于對模型的實時結算獲得環(huán)境/本體/任務對象的特征信息；

運用上述特征信息、基于需要實現(xiàn)的任務目標（例如用洗衣機洗衣服）對人形機器人本體各肢節(jié)進行運動規(guī)劃；

運用上述特征信息對環(huán)境/本體/任務對象的安全性做出判斷、基于判斷結果對人形機器人本體各肢節(jié)進行運動規(guī)劃；

基于上述運動規(guī)劃的結果，對各關節(jié)電機進行運動控制；

以及，以FPGA為核心實現(xiàn)人形機器人控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)/指令/狀態(tài)的傳輸信道，完成多通道數(shù)據(jù)流的高帶寬并發(fā)傳輸、精準協(xié)同傳輸、強實時性（低延遲量+低延遲抖動量）傳輸。

A：深入應用 FPGA 技術對于人形機器人的實用化可能產(chǎn)生以下重要影響，拙見，僅供參考：

1. 性能提升：FPGA 高速、并行的運算能力能夠極大地提高人形機器人控制系統(tǒng)中復雜算法的執(zhí)行速度。例如，對于基于多個、多模態(tài)傳感器的實時建模和特征信息提取等大運算量任務，能夠實現(xiàn)更快速和精準的處理，從而提升機器人對環(huán)境和自身狀態(tài)的感知能力。

2. 實時響應優(yōu)化：納秒級的定時精確性以及強實時性（低延遲量和低延遲抖動量）的特點，有助于人形機器人在執(zhí)行任務時做出更及時、更穩(wěn)定的響應。這對于需要快速決策和動作調整的場景，如避免碰撞、執(zhí)行緊急任務等，至關重要。

3. 運動控制精度增強：在對各關節(jié)電機的運動控制方面，F(xiàn)PGA 能夠實現(xiàn)更精確和協(xié)同的控制，提高機器人運動的準確性和平滑性，使其動作更加自然和高效。

4. 系統(tǒng)靈活性和可擴展性：豐富的引腳資源和靈活的功能配置使機器人的控制系統(tǒng)能夠更容易地適應不同的任務需求和硬件配置變化。當需要添加新的傳感器或執(zhí)行新的任務時，可以通過重新編程 FPGA 來實現(xiàn)，而無需大規(guī)模的硬件改動。

5. 數(shù)據(jù)傳輸效率提高：以 FPGA 為核心構建的數(shù)據(jù)傳輸信道能夠實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)流的高帶寬并發(fā)、精準協(xié)同和強實時傳輸，確保機器人各個部分之間的信息交流快速、準確，提高整個系統(tǒng)的協(xié)同工作效率。

6. 整體可靠性提升：硬件直接實現(xiàn)算法減少了軟件層面的復雜性和潛在的錯誤，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，降低了故障發(fā)生的概率。

等等……

綜上所述，深入應用 FPGA 技術有望在性能、實時性、精度、靈活性和可靠性等多個關鍵方面推動人形機器人的實用化進程，使其能夠更好地適應復雜多變的實際應用場景。

Q2：SDRAM掉電能保持多長時間？

A：SDRAM是一種易失性存儲器，掉電后數(shù)據(jù)無法長期保持。

SDRAM 內部的數(shù)據(jù)是通過電容來存儲的，而電容器件會隨著時間流逝慢慢放電（存在漏電流），導致數(shù)據(jù)丟失。

一般來說，SDRAM 掉電后數(shù)據(jù)的保持時間在幾秒鐘到幾分鐘不等。具體的保持時間會受到多種因素的影響，例如環(huán)境溫度等。在低溫環(huán)境下，數(shù)據(jù)可能可以保存相對較長的時間，比如 1 個小時左右，但這也不是絕對的，而且長時間的低溫保存并不常見。

需要注意的是，SDRAM 通常用于需要快速讀寫數(shù)據(jù)的場合，例如計算機的內存。在實際應用中，為了避免數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)通常會在掉電前采取措施將重要數(shù)據(jù)保存到非易失性存儲器（如硬盤、閃存等）中，或者使用不間斷電源（UPS）來維持系統(tǒng)的供電，以確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

如果對數(shù)據(jù)的保存有較高要求，建議使用具有非易失性的存儲介質來長期存儲重要數(shù)據(jù)，而不僅僅依賴 SDRAM 的短暫數(shù)據(jù)保持能力。

Q3：FPGA 中常用的編程語言有哪些？

A：在 FPGA 開發(fā)中常用的編程語言主要有以下三種：

1. Verilog：這是一種硬件描述語言，廣泛用于數(shù)字電路的設計和建模。它的語法類似于 C 語言，簡潔明了，容易學習和理解。

2. VHDL：也是一種硬件描述語言，具有嚴格的語法和結構，適用于大型、復雜的設計項目。

3. SystemVerilog：是 Verilog 的擴展版本，增加了許多新的特性和功能，如面向對象編程、斷言等，提高了設計的效率和可維護性。

這三種語言是 FPGA 開發(fā)中最為常用的編程語言，開發(fā)者可以根據(jù)項目需求和個人偏好選擇適合的語言。

Q4：異步FIFO地址從快時鐘域同步到慢時鐘域的問題，誰能解答一下啊？

我想問一下異步FIFO地址從快時鐘域同步到慢時鐘域，兩個問題。

1. 是多bit打拍，這樣會不會有時延?

2. 從快時鐘到慢時鐘，會不會漏采樣，就是快時鐘域的地址會被扣掉?

A：1. 多 bit 打拍會有時延。通過多 bit 打拍的方式進行時鐘域同步，必然會引入一定的時延。但這是為了確保在不同時鐘域之間安全地傳遞數(shù)據(jù)所采取的必要措施。

2. 從快時鐘域到慢時鐘域，存在漏采樣的可能性。在快時鐘域中地址變化較快，如果慢時鐘的采樣頻率跟不上快時鐘域地址的變化頻率，就可能出現(xiàn)漏采樣的情況。

為了減少漏采樣的風險，通常會采用一些特殊的設計技巧，比如使用格雷碼來表示地址，或者增加一些握手信號來確保數(shù)據(jù)的準確傳輸。

今天先整理四個問題答疑，后續(xù)還會持續(xù)推出本系列。