在伺服电机驱动应用中，电机控制通常分为几个控制环路层：电流/扭矩环路、速度环路、位置环路和更高级别的运动控制环路。这些环路通常以级联的形式排列，每个环路都有自己的“实时”处理要求。电流或扭矩环路是超严苛的控制环路。每个上游环路以其之前环路的倍数运行，并为下游环路提供输入参考。图 1 显示了典型的级联控制拓扑。

图 1 中的模块非常适合用于跨异构处理器内核或在处理器与微控制器之间进行逻辑分区。在多核 MPU 或 MCU 的不同内核之间分散各个环路，可以更大限度地增加专用于每个环路的处理带宽。当 MPU 或 MCU 内核接收到其控制环路输入数据时，它可以尽快运行算法以使其完成，为下游环路提供参考值，然后继续提供其他服务，直到准备好下一组输入数据为止。

具有较高原始性能的 MPU 或 MCU 可以更快完成控制处理，并具有更多可用带宽来提供更多服务和功能。32kHz 控制环路中的周期时间接近 31.25μs 时，或实际必须同时处理来自多个轴的输入时，快速处理至关重要。

对于伺服控制的严格实时处理要求，有几种选择，包括数字信号处理器 (DSP)、FPGA 和标准 Arm® 处理内核。选择合适的处理内核可能很困难，因为需要在灵活性与优化控制算法之间保持平衡。过去，优化控制算法是第一要务，因此 DSP、专用集成电路 (ASIC) 和 FPGA 是确定无疑的选择。

图 1 典型的伺服电机控制环路拓扑

现在，需要向伺服驱动器添加工业 4.0 服务，因此开始采用标准的 Arm Cortex®-A 和 Cortex-R 内核。Cortex-A 内核可以实现非常高的带宽，这对于快速处理非常有用，但这种内核缺少 Cortex-R 的实时组件，这便是 Cortex-R 在实时控制应用（如伺服控制）方面比 Cortex-A 更适合的原因。另一方面，Cortex-A 比 Cortex-R 更适合许多其他服务，如运动控制、预测性维护或基于 Linux 的 Web 服务。幸运的是，诸如 AM64x MPU 和 AM243x MCU 之类的多核器件可以包含这里提到的所有处理元件，因此能够在单个芯片中实现所有必要的元件。

工业 4.0 给工厂带来了许多令人振奋的新事物，但工业伺服驱动器行业中最引人注目的现象之一是多协议工业以太网的迅速应用。市场上存在着针对工业以太网、现场总线和位置编码器的十多种不同的通信协议，每种都有其优缺点。EtherCAT®、PROFINET® 和 EtherNet/IP 是伺服驱动器市场中广受欢迎的基于以太网的协议，而 Hiperface® 数字伺服链路 (DSL)、EnDat 2.2 和双向串行同步接口 C (BiSS C) 则是更受欢迎的位置编码器协议。

这些协议中的许多协议都有 ASIC，可以附加到主机处理器上以支持该特定通信协议。在某些情况下，采用多芯片解决方案时，协议栈在主机处理器上运行，而 ASIC 执行媒体访问控制层。仅计划支持单个协议的制造商更喜欢这种分布式体系结构，因为 ASIC 通常针对该特定通信标准进行了优化。一旦出现了支持多种协议的需求，多芯片解决方案便会由于多种原因而失去吸引力。每种新协议都要求设计人员熟悉一款新器件（这会增加开发工作量和成本），而且制造商必须针对每种不同的协议制造多个版本的电路板。

诸如 Sitara MPU 和 MCU 之类的解决方案已将多协议支持能力集成到主机处理器中，有助于节省成本、缩减布板空间和减少开发工作量，同时还可以更大限度地减少外部组件与主机之间通信的相关延迟。Sitara AM64x 处理器和 AM243x MCU 系列中的器件提供预集成堆栈，并可支持 EtherCAT、Profinet RT/IRT、Ethernet/IP 等。支持多种标准的单一平台使用户能够为最终产品的不同版本维护一块单板。

如果需要使产品适应未来需求，还必须考虑对时间敏感型网络 (TSN) 提供支持的需求。选择用于工业通信的平台必须足够灵活，能够适应不断发展的 TSN 标准，否则一旦最终确定标准，便有可能面临过时的风险。Sitara AM6x MPU 和 AM243x MCU 系列通过其灵活的可编程实时单元（即工业通信子系统 (PRU-ICSS)）提供了一种解决方案，支持千兆位 TSN 以及传统的 100Mb 协议（例如 EtherCAT）。

自主机器决策与操作的发展趋势以及在潜在危险工厂环境中人机交互的不断增加，意味着“功能安全”对于智能工厂中的许多应用（包括伺服驱动器）而言越来越重要。有关功能安全标准以及 Sitara MPU 和 MCU 如何在工业环境中发挥作用的详细说明。如需更多信息，请阅读白皮书《工业 4.0 中的功能安全状态》。