隨著工業自動化、機器人及汽車系統日益精密，經認證的功能安全和實時控制性能已成為不可或缺的必要條件。Altera 和 MathWorks 聯袂呈現的雙軸電機控制系統，不僅通過 TüV 認證達到Cat. 3 PLd 安全等級，更以Agilex 5 SoC FPGA為核心載體，巧妙融合基于模型的開發方式與靈活且可移植的安全架構，為工業控制領域的安全與效能平衡提供了硬核技術支撐。

基于模型的設計流程

該雙軸電機控制系統的開發以基于模型的設計方法為核心：

Altera 的 DSP Builder 高級模塊組直接與 MATLAB 和 Simulink 集成，讓控制工程師能夠在系統層面完成算法的設計、仿真和優化；

這些算法隨后會被自動編譯成可綜合的 RTL 代碼，直接部署到 FPGA 邏輯結構中，簡化從模型到硬件的流程；

本演示采用仿真的工業電機模型替代實體電機，能夠在不同負載條件、驅動拓撲及性能目標下進行參數化測試，無需反復迭代硬件設計。

該方法顯著縮短了開發周期，能夠在仿真與實際部署硬件之間保持高保真度，同時支持快速設計探索。

雙通道功能安全架構：異構冗余模式

同時，系統通過兩個獨立的速度檢查器實現功能安全：

檢查器通道 1 完全運行于 FPGA 邏輯結構中；

檢查器通道 2 作為軟件，在 Agilex 5 SoC FPGA 設備內置的基于 Arm* 的硬核處理器子系統（雙核 Cortex-A55 和雙核 Cortex-A76 處理器及硬核外設）上執行。

此檢查器冗余機制可同時緩解系統性故障（軟件缺陷與工具鏈錯誤）和隨機硬件故障（如單粒子翻轉），滿足嚴苛的 TüV 萊因 Cat. 3 PLd 認證要求。

該系統通過軟硬件協同的方法，能夠構建正交安全驗證路徑，提升容錯能力，同時簡化工業、汽車及機器人應用的安全檔案相關工作。

跨 Altera FPGA 產品家族的可移植性

此外，該演示設計具備可移植性：

若應用無需集成 Arm 處理器的復雜性和高性能，控制及安全功能可移植至 Altera 基于 RISC-V 架構的 Nios V 軟核處理器；

采用 Nios V 軟核處理器可提供靈活輕量化的替代方案，既能保持實時性能，又能擴展可選的 Altera FPGA 產品家族范圍。

這使得該解決方案能適配多個 FPGA 產品家族，適用于從低成本邊緣電機控制器到復雜多軸機械臂的全系列工業產品，且無需重新設計核心安全邏輯。

實時性能與系統響應能力

除安全性外，Agilex 5 SoC FPGA 架構還具備以下優勢：

通過 FPGA 硬件實現關鍵路徑的低時延確定性控制；

基于 Arm 處理器或 Nios V 內核的軟件可編程能力，支持監控功能、診斷和運行時更新，提升現場已部署設備的系統響應能力；

細粒度電機仿真與高速低抖動信號路徑，為機器人、伺服驅動和自主移動系統提供關鍵支持。

該系統通過同步確定性控制及出色的靈活性，更好地實現邊緣分析和安全監控，實現了性能、安全性與適應性之間的更優平衡。

簡化認證工作，專注技術創新

MathWorks 與 Altera 聯合提供工具鏈，能夠助力簡化以下工作：

通過 DSP Builder 實現算法設計與驗證；

通過 DSP Builder 實現 HDL 代碼自動生成；

通過經 TüV 審查的架構和文檔，加速安全驗證；

采用 Altera FPGA 硬件驗證，加速整體功能開發。

這一集成化流程能夠縮短認證周期并降低開發風險，為工程師加速推動安全關鍵型創新落地市場提供了高效技術路徑。