FPGA助力高速未来

超级高铁技术是一种十分新潮的交通概念，它有望以其高速、低压系统重新定义移动出行的未来。超级高铁的核心是在密封管网络中，乘客舱在磁悬浮和电力推进下，以超高速度行驶。确保如此复杂系统的无缝运行和安全性需要先进的控制和监控功能，而这正是FPGA的用武之地。

FPGA提供无与伦比的灵活性、安全性和高性能，可处理各类复杂任务，包括管理超级高铁网络中的推进、导航和通信等。凭借自身的可重新编程性、行业领先的安全功能和实时数据处理能力，FPGA在优化超级高铁运输系统的效率和可靠性方面发挥着关键作用，为更快、更安全、更可持续的旅行方式铺平了道路。

Swissloop原型车亮相2023年苏黎世公开活动

Swissloop是一个由苏黎世联邦理工学院赞助的学生组织，致力于研究超级高铁技术及其在现实世界中的应用，该组织多年来一直在使用莱迪思FPGA解决方案。该团队的全新原型机Bertrand Piccard采用了莱迪思FPGA解决方案，最近在苏格兰爱丁堡举行的第三届欧洲超级高铁周（EHW）上获得了五项大奖，包括完整的系统、电气以及传感和控制方面的奖项。

Bertrand Piccard是Swissloop的最新开发项目，具备了线性开关磁阻电机（LSRM）和电磁悬架（EMS）。LSRM将250 Kg的原型车以最大1.6 g加速度推进到60 km/h最高时速。推进系统由三个定制的逆变器单元提供动力，为推进系统提供720 V电压和6个高达120 A的矩形波电流。用于悬浮和横向稳定的EMS有自己的定制逆变器系统。这两个逆变器系统对控制提出了重大挑战。莱迪思MachXO3™ FPGA非常适合Swissloop的嵌入式应用，提供高能效和瞬时启动功能，成为平台“最先上电和最后断电”的器件，提供系统控制和电源管理功能，确保稳定、精确的悬浮。

舱体内部各种定制PCB

悬浮系统由八个电磁铁组成，每个磁铁都需要持续控制，以控制悬浮高度并确保与轨道的安全距离，避免碰撞。单个MachXO3 FPGA可以处理所有控制回路和数据采集，与悬浮系统并行工作，在推进系统中发挥着同样重要的作用。得益于二进制光门传感器，乘舱的位置可以精确到亚毫米级。随着速度的提高，乘舱和控制装置的定位难度也随之增加，莱迪思FPGA在推进系统中的预测控制功能可用于实现最高速度。

悬浮和推进组合系统凭借两片MachXO3 FPGA并行采集、过滤和处理数据，吞吐量高达1M Samples/s。在控件开发过程中，该团队大量使用了测试平台和仿真器，例如莱迪思版本的ModelSim。在发生错误时FPGA的快速响应以及用于EMC的信号同步使得FPGA比微控制器表现更佳。

此外，MachXO3 FPGA还提供了安全关键固件，这要求精确的时序控制，例如控制电池的继电器或电源开关的栅极信号。这帮助Swissloop团队在超级高铁舱上对安全关键系统实现了精确稳定的时序控制，也因此赢得了“感知与控制奖”。

2023版MachXO3™通用控制板

对于Swissloop团队来说，2022/2023赛季以斩获五个奖项圆满结束，包括所有电气奖项。该团队将继续推动超级高铁技术的发展，他们对即将在苏黎世举行的第四届超级高铁比赛感到兴奋。该团队已经取得了重大进展，包括设计了新一代通用控制板，该板具有与FPGA连接的512 MB伪静态RAM，以太网功能以及用于编程和供电的USB Type-C控制器。