Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC 无人机控制器

官方术语是无人驾驶飞行器（UAV），这显然有点拗口，所以我们更喜欢说无人机。在过去的几十年里，无人机技术有了巨大的进步。我们为一个客户开发了一个无人机的飞行和视频控制器。

客户挑战

客户需要一种混合FPGA/CPU硬件，该硬件的性能要满足要求，同时重量要小、尽量少占用空间、能效要高，对此，被动散热解决方案将十分有效。此外，硬件需要适合在恶劣的条件（振动和低高温）下平稳运行。

解决方案

前一代成功的无人机控制器基于Xilinx Zynq-7000打造，此次升级我们的工程团队采用了Xilinx Zynq Ultrascale+ MPSoC，其CPU实现了位置控制以及飞行轨迹跟踪。传感器和动作器通过FPGA逻辑连接；这些接口的数量和类型随着受控运载工具的应用而有很大差异，因此所有这些接口都是动态可配置的。它拥有无人机控制器所需的所有传感器，包括高度集成的矢量导航VN-300 IMU中的GPS。

控制器通过两个相互监督的并行飞行控制器单元来支持冗余，如果当前活跃的飞行控制器故障，后备单元将自动接管所有任务。除了Zynq UltraScale+，它还配备了耐辐射的Polarfire FPGA和经过安全认证的MCU（与Zynq同步），可以在Zynq故障时接管控制。它有几个通信接口：如以太网、车载2线以太网、ARINC429、RS232/422/485、在Polarfire FPGA中发生故障时需要切换的CAN。

除飞行控制功能外，控制器还准备并压缩来自摄像机的全高清视频信号（HD-SDI），用于通过无线电传输。它有4个HD-SDI视频输入和2个HD-SDI视频输出，支持高达6G / 4K分辨率。

两代无人机控制器电路板尺寸均为105×65mm，前代控制器没有冗余FPGA/MCU，采用单板设计；新一代控制器加入许多新的功能/器件，采用了双板折叠设计。

应用的技术

Xilinx® Zynq® UltraScale+®，Mentor Graphics PADS®，HD-SDI，VHDL，C，C++