答疑系列：深入应用FPGA技术，对于人形机器人的实用化可能产生哪些影响？

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今天给大侠带来在FPAG技术交流群里平时讨论的问题答疑合集（六），以后还会多推出本系列，话不多说，上货。

Q1：深入应用FPGA技术，对于人形机器人的实用化可能产生哪些影响？为什么？

这里说的深入应用，不是指在9年前已经在工业机器人中实用化的 “用FPGA实现伺服驱动、驱控一体”，而是指将FPGA的应用范围拓展到人形机器人的整个控制系统。

具体而言是：

发挥FPGA高速、并行、运算及引脚资源极其丰富、定时精确（纳秒级）、硬件直接实现算法、操作数存取机制简单且高效、功能极其灵活、开发调试手段先进的优点，将FPGA用于实现（以及协助CPU实现）人形机器人控制系统之中基于多路高速并行协同采样、高速并行运行多路大运算量协作算法、运算结果的多通道精准协同输出、具备强实时性（低延迟量+低延迟抖动量）需求的高性能复杂反馈控制算法。

典型算法包括：

基于多个、多模态传感器对环境/本体/任务对象进行实时建模，基于对模型的实时结算获得环境/本体/任务对象的特征信息；

运用上述特征信息、基于需要实现的任务目标（例如用洗衣机洗衣服）对人形机器人本体各肢节进行运动规划；

运用上述特征信息对环境/本体/任务对象的安全性做出判断、基于判断结果对人形机器人本体各肢节进行运动规划；

基于上述运动规划的结果，对各关节电机进行运动控制；

以及，以FPGA为核心实现人形机器人控制系统中数据/指令/状态的传输信道，完成多通道数据流的高带宽并发传输、精准协同传输、强实时性（低延迟量+低延迟抖动量）传输。

A：深入应用 FPGA 技术对于人形机器人的实用化可能产生以下重要影响，拙见，仅供参考：

1. 性能提升：FPGA 高速、并行的运算能力能够极大地提高人形机器人控制系统中复杂算法的执行速度。例如，对于基于多个、多模态传感器的实时建模和特征信息提取等大运算量任务，能够实现更快速和精准的处理，从而提升机器人对环境和自身状态的感知能力。

2. 实时响应优化：纳秒级的定时精确性以及强实时性（低延迟量和低延迟抖动量）的特点，有助于人形机器人在执行任务时做出更及时、更稳定的响应。这对于需要快速决策和动作调整的场景，如避免碰撞、执行紧急任务等，至关重要。

3. 运动控制精度增强：在对各关节电机的运动控制方面，FPGA 能够实现更精确和协同的控制，提高机器人运动的准确性和平滑性，使其动作更加自然和高效。

4. 系统灵活性和可扩展性：丰富的引脚资源和灵活的功能配置使机器人的控制系统能够更容易地适应不同的任务需求和硬件配置变化。当需要添加新的传感器或执行新的任务时，可以通过重新编程 FPGA 来实现，而无需大规模的硬件改动。

5. 数据传输效率提高：以 FPGA 为核心构建的数据传输信道能够实现多通道数据流的高带宽并发、精准协同和强实时传输，确保机器人各个部分之间的信息交流快速、准确，提高整个系统的协同工作效率。

6. 整体可靠性提升：硬件直接实现算法减少了软件层面的复杂性和潜在的错误，提高了系统的稳定性和可靠性，降低了故障发生的概率。

等等……

综上所述，深入应用 FPGA 技术有望在性能、实时性、精度、灵活性和可靠性等多个关键方面推动人形机器人的实用化进程，使其能够更好地适应复杂多变的实际应用场景。

Q2：SDRAM掉电能保持多长时间？

A：SDRAM是一种易失性存储器，掉电后数据无法长期保持。

SDRAM 内部的数据是通过电容来存储的，而电容器件会随着时间流逝慢慢放电（存在漏电流），导致数据丢失。

一般来说，SDRAM 掉电后数据的保持时间在几秒钟到几分钟不等。具体的保持时间会受到多种因素的影响，例如环境温度等。在低温环境下，数据可能可以保存相对较长的时间，比如 1 个小时左右，但这也不是绝对的，而且长时间的低温保存并不常见。

需要注意的是，SDRAM 通常用于需要快速读写数据的场合，例如计算机的内存。在实际应用中，为了避免数据丢失，系统通常会在掉电前采取措施将重要数据保存到非易失性存储器（如硬盘、闪存等）中，或者使用不间断电源（UPS）来维持系统的供电，以确保数据的安全性和完整性。

如果对数据的保存有较高要求，建议使用具有非易失性的存储介质来长期存储重要数据，而不仅仅依赖 SDRAM 的短暂数据保持能力。

Q3：FPGA 中常用的编程语言有哪些？

A：在 FPGA 开发中常用的编程语言主要有以下三种：

1. Verilog：这是一种硬件描述语言，广泛用于数字电路的设计和建模。它的语法类似于 C 语言，简洁明了，容易学习和理解。

2. VHDL：也是一种硬件描述语言，具有严格的语法和结构，适用于大型、复杂的设计项目。

3. SystemVerilog：是 Verilog 的扩展版本，增加了许多新的特性和功能，如面向对象编程、断言等，提高了设计的效率和可维护性。

这三种语言是 FPGA 开发中最为常用的编程语言，开发者可以根据项目需求和个人偏好选择适合的语言。

Q4：异步FIFO地址从快时钟域同步到慢时钟域的问题，谁能解答一下啊？

我想问一下异步FIFO地址从快时钟域同步到慢时钟域，两个问题。

1. 是多bit打拍，这样会不会有时延?

2. 从快时钟到慢时钟，会不会漏采样，就是快时钟域的地址会被扣掉?

A：1. 多 bit 打拍会有时延。通过多 bit 打拍的方式进行时钟域同步，必然会引入一定的时延。但这是为了确保在不同时钟域之间安全地传递数据所采取的必要措施。

2. 从快时钟域到慢时钟域，存在漏采样的可能性。在快时钟域中地址变化较快，如果慢时钟的采样频率跟不上快时钟域地址的变化频率，就可能出现漏采样的情况。

为了减少漏采样的风险，通常会采用一些特殊的设计技巧，比如使用格雷码来表示地址，或者增加一些握手信号来确保数据的准确传输。

今天先整理四个问题答疑，后续还会持续推出本系列。