无人机8大主流主控芯片大起底
发布日期:2023-09-06
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在刚刚结束的CES 2016上，各大芯片厂商和设备厂商展开了一场空中争夺战，让无人机这种新兴产品形式着实火了一把，究其原因，如果无人机一直定位在个人消费品应用，它的市场容量其实十分有限，厂商对它的热情也不会这么高，但随着它在农业、物流等其他应用场景下的需求被不断发掘，一次足以席卷产业上下游的狂热也就自然随之而来。本年度的CES上跟无人机相关的主题随处即是，而与非网小编可以颇引以为傲的说，因为大疆、亿航等国内公司凭敏锐市场嗅觉抢占先机，让国内厂商在这块市场上很是风光了一把，也掌握了产业链上的重要话语权。
但遍观无人机市场的上游芯片供应商，尤其是主控芯片，却还是以欧美韩系厂商为主导，与非网小编特别盘点了当下主流的8大无人机主控芯片，供大家参考：
1. 意法半导体STM32系列
目前意法半导体的STM32系列是国内采用率很高的无人机主控芯片，在这点上意法半导体有个做法很聪明，它很早就赞助了全国大学生电子设计大赛，赛事推荐的无人机项目的主控芯片就是STM32，学生们熟悉了它的主控平台，工作后要做无人机自然也会选择它。
STM32系列又有STM32 F0/F1/F2/F3/F4/F7/L0/L1/L4多个产品系列，其中，STM32 F4系列在无人机中应用较为广泛。
基于ARM Cortex-M4的STM32F4系列MCU采用了意法半导体的NVM工艺和ART加速器，在高达180 MHz的工作频率下通过闪存执行时其处理性能达到225 DMIPS/608 CoreMark，这是迄今所有基于Cortex-M内核的微控制器产品所达到的最高基准测试分数。
由于采用了动态功耗调整功能，通过闪存执行时的电流消耗范围为STM32F410的89 µA/MHz到STM32F439的260 µA/MHz。
STM32F4系列包括八条互相兼容的数字信号控制器（DSC）产品线，是MCU实时控制功能与DSP信号处理功能的完美结合体：
高级系列
• STM32F469/479 – 180 MHz CPU/225 DMIPS，高达2 MB的双区闪存，带SDRAM和QSPI接口，Chrom-ART Accelerator™、LCD-TFT控制器和MPI-DSI接口
• STM32F429/439 – 180 MHz CPU/225 DMIPS，高达2MB的双区闪存，具有SDRAM接口，Chrom-ART Accelerator™ 和LCD-TFT控制器
• STM32F427/437 – 180 MHz CPU/225 DMIPS，高达2 MB的双区闪存，具有SDRAM接口、Chrom-ART Accelerator™、串行音频接口，性能更高，静态功耗更低
基础系列
• STM32F446 – 180 MHz/225 DMIPS，高达512 KB的Flash，具有Dual Quad SPI和SDRAM接口
• STM32F407/417 – 168 MHz CPU/210 DMIPS，高达1MB的Flash，增加了以太网MAC和照相机接口
• STM32F405/415 – 168 MHz CPU/210 DMIPS，高达1MB的Flash、具有先进连接功能和加密功能
基本型系列
• STM32F411 – 100 MHz CPU/125 DMIPS，具有卓越的功率效率，更大的SRAM和新型智能DMA，优化了数据批处理的功耗（采用批采集模式的动态效率系列）
• STM32F410 – 100 MHz CPU/125 DMIPS，为卓越的功率效率性能设立了新的里程碑（停机模式下89 µA/MHz和6 µA），采用新型智能DMA，优化了数据批处理的功耗（采用批采集模式的动态效率™系列），配备真随机数发生器、低功耗定时器和DAC
• STM32F401 – 84 MHz CPU/105 DMIPS，尺寸最小、成本最低的解决方案，具有卓越的功耗效率（动态效率系列）
2. 高通骁龙Flight平台
在CES2016上，Qualcomm Incorporated子公司Qualcomm Technologies、腾讯和零度智控发布并展示了一款基于高通骁龙Flight平台的商用无人机YING，将于2016年上半年在全球上市。
骁龙Flight是一块高度优化的58x40mm开发板，专门针对消费级无人机和机器人应用而设计。骁龙Flight包含一颗骁龙801 SoC(由四颗主频为2.26GHz的核心组成)，支持GPS、4K视频拍摄、强劲的连接性以及先进的无人机软件和开发工具，双通道Wi-Fi和蓝牙模块，支持实时飞行控制系统，拥有全球导航卫星系统(GNSS)接收器，支持4K视频处理，支持快速充电技术，而这一切全被整合在一张名片大小的主板上。带来了最前沿的移动技术以打造全新级别的消费级无人机。
这款芯片可把4K无人机的平均价格从约合人民币7791元拉低至约合人民币1948-2597元，续航从20分钟延长到45-60分钟，是不是立马觉得它很接地气。
骁龙Flight平台具有先进的处理能力，依靠高通Hexagon DSP可实现实时飞行控制，内置高通2x2 Wi-Fi和蓝牙连接，和经优化的领先的全球导航卫星系统（GNSS）以支持高度精确的定位。骁龙Flight平台的目的是满足无人机消费者最想要的高级功能，包括：
•4K视频—支持4K高清摄像、图形优化和视频处理功能，以及同步720p解码
•先进通信和导航—双通道2*2 802.11n WiFi、蓝牙4.0和5Hz GNSS定位功能，以及基于Hexagon DSP的实时飞行控制
•鲁棒摄像和传感—4K 立体VGA，光流摄像机、惯性测量单元（IMU），气压传感器，以及额外的传感器支持和端口
•高通快充技术—支持视频/图片之间的电池快速充电
骁龙801处理器支持世界上一些最热门的智能手机，包括一个2.26GHz的四核高通Krait CPU，高通Adreno 330 GPU，Hexagon DSP，以及可选的视频解码引擎和双图形信号处理器（ISP）。
这些功能组件构成了一个异步计算平台，支持如避障和视频稳定性等无人机先进功能的开发。
3. 英特尔凌动处理器
CES2016上，英特尔展示了无人飞行器(UAV)领域采用英特尔实感技术的Yuneec Typhoon H，该设备具有防撞功能，具有方便起飞、配备4K摄像头和360度万向接头，以及遥控器内置显示屏等特点，让运动爱好者们能够捕捉运动中的自己。Yuneec计划在2016年上半年将这款设备推向市场。
内置了高达6个英特尔的“RealSense”3D摄像头，采用了四核的英特尔凌动（Atom）处理器的PCI-express定制卡，来处理距离远近 与传感器的实时信息，以及如何避免近距离的障碍物。
英特尔把无人机作为其处理器产品的一大新兴应用加以推广，但从宣传力度来看，英特尔似乎更愿意看到其这两年主打的RealSense实感技术即3D摄像头的无人机应用有所突破。关于英特尔的处理器我们了解的很多了，这里就重点介绍下英特尔的RealSense 3D摄像头。
- 从硬件部分，它是支持Intel实感计算的3D摄像头；
- 从软件部分，它是Intel“实感”计算的SDK；
Intel 3D摄像头分为两种，一种是用于近距离，精度较高的前置3D摄像头，另一种是可用于较远距离，精度稍低的后置3D摄像头。
前置实感3D摄像头和Kinect一样，它的工作原理也是“结构光”。至于结构可以具体可以看下图：
至于远距离的3D摄像头，Intel使用“主动立体成像原理”，它模仿了人眼的“视差”原理，通过打出一束红外光，以左红外传感器和右红外传感器追踪这束光的位置，然后用三角定位原理来计算出3D图像中的“深度”信息。
它的结构是这样的：
英特尔实感3D摄像头可以根据被用于设备在 前置/后置 的不同位置，被分为R系列与F系列。被用在Dell Venue 8 7840中的后置摄像头型号为Snapshot R100，同系列还有R200。而一般被用于传统电脑、笔记本电脑和一体机等产品中的前置摄像头则被称为F系列，目前的设备有F200。
R200主要针对平板使用，其主要用途包括了3D扫描、家庭装潢、身临其境的试衣、图像和视频处理、游戏应用等五个方面。相比前者，R100在功能定位方面要简单许多，其最主要的任务便是支持RealSense。此外，F200的主要用途包括了获取3D数据的捕捉、扫描，手势控制，以及沉浸式的协作。
4. 三星Artik芯片
三星的Artik芯片有三个型号，其中应用于无人机的主要是Artik 5，Artik 5Artik 5尺寸为29x25mm，搭载1GHz ARM双核处理器（Mali 400 MP2 GPU），搭配的是512MB LPDDR3内存以及4GB eMMc闪存。支持Wi-Fi、低功耗蓝牙，支持802.11 b/g/n。此外，该芯片还能对解码H.264等格式720p 30fps的视频进行解码，并提供了TrustZone。
ARTIK 5 采用三星下一代ePoP封装技术，为广泛的设备和应用提供计算能力和存储容量的最佳组合，在性能和功耗之间实现平衡。集成有业界最佳的安全特性。
ARTIK 5模块为高度集成的系统模块，采用Exynos架构的双核ARM Cortex-A7处理器，同时集成DRAM和闪存、一个安全元件（SE），并提供多种标准的数字控制接口，支持外部传感器以及高性能外围器件，以扩展模块功能。
5. 德州仪器OMAP3630
德州仪器的OMAP3630曾经在单核时代的智能手机领域风光无限，但随着多核成为主流，以及德州仪器逐渐淡出消费电子，OMAP3630的战场也转移到无人机这样的新兴市场。
6. Atmel Mega2560芯片
Atmel的AVR处理器芯片在国外的无人机中被采用的很多，但在国内被意法半导体占去了大部分市场。其特性参数包括：
核心处理器：AVR
内核位数：8-位
速度：16MHz
连通性：EBI/EMI，I2C，SPI，UART/USART
外围设备：欠压检测/复位，POR，PWM，WDT
输入/输出数：86
程序存储器容量：256KB (256K x 8)
程序存储器类型：FLASH
EEPROM 大小：4K x 8
RAM 容量：8K x 8
电压 - 电源 (Vcc/Vdd)：4.5 V ~ 5.5 V
数据转换器：A/D 16x10b
振荡器型：内部
工作温度：-40°C ~ 85°C
封装/外壳：100-TQFP, 100-VQFP
7. XMOS XCORE多核微控制器
多轴飞行器需要用到四至六颗无刷电机（马达），用来驱动无人机的旋翼。而马达驱动控制器就是用来控制无人机的速度与方向。原则上一颗马达需要配置一颗8位MCU来做控制，但也有一颗MCU控制多个BLDC马达的方案。
活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也表示已经进入到无人机领域。目前XMOS的xCORE多核微控制器系列已被一些无人机/多轴飞行器的OEM客户采用。在这些系统中，XMOS多核微控制器既用于飞行控制也用于MCU内部通信。
xCORE多核微控制器拥有数量在8到32个之间的、频率高达500MHz 的32位RISC内核。xCORE器件也带有Hardware Response I/O接口，它们可提供硬件实时I/O性能，同时伴随很低的延迟。多核解决方案支持完全独立地执行系统控制与通信任务，不产生任何实时操作系统（RTOS）开销。xCORE微控制器的硬件实时性能使得客户能够实现精确的控制算法，同时在系统内无抖动。
8. 新唐MINI 51系列
虽然来自台湾，但终于有国产处理器出现了。
Mini51为Cortex-M0 32位微控制器系列，其特点为宽电压工作范围2.5V至5.5V与-40℃ ~ 105℃工作温度、内建22.1184 MHz高精度RC晶振(±1%精确度，25℃ 5V)、并内建Data Flash、欠压检测、丰富外设、整合多种串行传输接口、高抗干扰能力(8KV ESD/4KV EFT)、支持在线系统更新(ISP)、在线电路更新(ICP)与在线应用程序更新(IAP)，提供封装有TSSOP20、QFN33(4mm*4mm与 5mm*5mm)与LQFP48。
关键特性 :
• 内核(Core)
- Cortex®-M0 32位微处理器
- 工作频率可达 24 MHz
- 工作电压：2.5V to 5.5V
- 工作温度：-40℃ ~ 105℃
• 内存(Memory)
- 16 KB应用程序
- 内嵌2 KB SRAM
- 可配置的 Data Flash
- 在线系统更新ISP
(In-System Programming)
- 在线电路更新ICP
(In-Circuit Programming)
- 在线应用程序更新 IAP
(In-Application Programming)
• 模拟转数字转换器(ADC)
- 提供8通道
- 10位分辨率
- 每秒采样率可达 250kSPS
- PWM输出可以触发A/D转换
• 脉冲宽度调制(PWM）
- 最多6信道PWM输出或3信道互
补式PWM输出
- PWM时间与周期可触发A/D转换
• 通讯接口(Connectivity)
- 一组SPI(可达24 MHz)
- 一组I²C(可达 400 kHz)
- 一组UART
• 时钟控制(Clock control)
- 外部晶振4 to 24MHz
- 内置22.1184 MHz高精度RC晶振，常温
5V下±1%误差
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