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最全的无人机核心芯片及器件大盘点

时间:2020-05-25 作者:Challey 阅读:
在无人机领域,大疆等中国的无人机企业也或多或少的感受到了危机,华为尚且能够自研芯片,但是无人机企业的CPU等核心芯片器件基本由国外供应,那无人机方面依赖国外的核心芯片和器件有哪些呢?我们来进行一个全面的大盘点。
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美国围绕华为芯片的制裁已经进一步升级了,根据美国商务部产业安全局在北京时间2020年5月15日晚发布的公告,要求采用美国技术和设备生产出的芯片,必须先经过美国批准才能出售给华为。这是自去年5月美国将华为列入“实体清单”后,对华为限制措施的再次升级。

而在无人机领域,大疆等中国的无人机企业也或多或少的感受到了危机,华为尚且能够自研芯片,但是无人机企业的CPU等核心芯片、器件基本由国外供应,那无人机方面依赖国外的核心芯片和器件有哪些呢?我们来进行一个全面的大盘点。

首先,本文盘点的不仅仅是核心芯片,包括飞控系统中的CPU等核心控制单元,还有连接器件、传感器件以及云台等关键部件,即使是大疆在某些方面,除了CPU还是完全靠进口来解决。

一、主控

在无人机领域,CPU是必须的(几十块的玩具无人机除外),而无人机方面的CPU和整体方案主要有大疆自研的飞控系统、高通提供的无人机设计平台Snapdragon Flight、还有基于开源平台APM、Px4等各种方案中用到的CPU。

1、大疆自研飞控

有网友拆解发现大疆早期的飞控用的nxp的lpc1768,消费级的32位处理器。后面可能有fpga+dsp的方案。

2018年发布的Spark晓,视频处理用的是Intel旗下Movidius的Myriad 2计算机视觉处理芯片。后面有人发现其用了意法半导体的STM32F303、英特尔的Movidius MA2155 VPU、联芯的LC1860C SoC和Atheros/高通的AR1021X双频Wi-Fi SoC。

详情请看电子技术设计的《拆解:大疆Spark无人机》

Mavic Mini视频处理用的是Ambarella处理器,而有人拆解Mavic发现飞控芯片的主控CPU用的是ATMEL的M7内核的ATSAME70Q21,主频300MHZ 集成2048KB FLASH   384KB RAM。

2、高通(Qualcomm)的Snapdragon Flight平台

高通于2015年推出的无人机设计平台Snapdragon Flight主要有零度、普宙等公司用了,但是后来消费类市场基本被大疆垄断以后,这两家公司主要面向行业无人机,因此高通的无人机平台和芯片应该是一直停留在2016年的架构和水平了。

Snapdragon芯片集无线通信、传感器集成和空间定位等功能于一体。采用了“RealSense”技术,能够建起3D地图和感知周围环境,它可以像一只蝙蝠一样飞行,主动避免障碍物。Snapdragon Flight之所以具有能够拉低无人机的制造成本和售价的最根本优势,是因为高通无人机芯片具有和智能手机相同的处理器,也可能包括其他一些相同部件,因此做到规模化生产从而带来成本优化的效应;芯片高度集成化,节省了无人机多个高价模块的合起来的成本,据悉各个模块成本合计为无人机成本的30%~40%。对比当时主要的无人机芯片解决方案,高通snapdragon flight 的CPU 尺寸最小、主频最高。

但是高通的芯片方案似乎想鱼与熊掌兼得,加上无人机市场竞争激烈,反而没有搞起来。

3、出货量第二的APM开源方案CPU:Atmel

APM的开源系统市场上用的最多的CPU是Atmel(爱特梅尔)。

主控:ATMEL MEGA2560开发板。AT91M55800A,ARM7TDMI核、嵌入式ICE接口、存储器以及外围。有人说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,其实不然,曾经在国内出货量达到10万+的飞控就是采用APM的Atmel CPU。

4、PX4/Pixhawk开源方案

PIXHawk 突破性地采用了整合硬件浮点运算核心的Cortex-M4的单片机作为主控芯片,内置两套陀螺和加速度计MEMS传感器,互为补充矫正,内置三轴磁场传感器并可以外接一个三轴磁场传感器,同时可外接一主一备两个GPS传感器,在故障时自动切换。主控制器STM32F427 32位微处理器:168 MHz,252 MIPS,Cortex M4核心与浮点单元。独立供电的32位STM32F103备用故障保护协处理器,在主处理器失效时可实现手动恢复。

5、小米无人机平台:全志R16

小米旗下的飞米第一代无人机经过了数次研发,最初采用Arm芯片,但是研发失败,后来与全志合作,采用全志R16方案,但是也经历了第一次发布的炸机事件,不过到现在已经比较稳定了。

二、其他主控方案

在无人机特兴起特别是2015年火热的消费类无人机市场的带动下,其他各个厂商都推出了各自的主控方案,但是实际出货的产品和销量很少,有的是实验性质的,其中有:

5、联芯科技

联芯科技有限公司是大唐电信科技产业集团的核心企业之一,总部位于中国上海,专业从事2G、3G、4G移动互联网终端核心技术的研发与应用,提供3G/4G移动终端芯片及解决方案。联芯科技面向个人终端、家庭智能终端、行业应用终端等产品提供核心芯片平台及解决方案,产品形态覆盖智能手机、平板电脑、数据类终端、穿戴式设备等多种移动消费电子产品。

2014年第三季度正式上市的LC1860芯片,是国内首颗面向公开市场商用的28nm 4G SoC芯片,是一颗自主可控的“中国芯”。2016年,大疆在其最新一代的消费级航拍无人机——大疆精灵Phantom 4中,首次采用了联芯方案LC 1860,这颗芯片也被应用在了零度智控的第一代无人机上。LC1860具备“4G+28nm”的特性,支持LTE-TDD/LTE-FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GGE五模, 集成4+1个Cortex A7 1.5GHz CPU、双核GPU Mali T628、Trustzone安全架构等特点,是国内首颗面向公开市场商用的28nm 4G SoC芯片。

6、TI(德州仪器)

主控:TI OMAP3630。Micron闪存,德州仪器电源管理+USB解决方案,Atheros802.11b/g/nWiFi控制器,博世BMA150加速器,BMP180气压传感器,应美盛的IMU-3000陀螺仪和运动处理器,微芯科技的PIC24HJ单片机。

7、 SamSung(三星)

主控:Samsung Artik芯片。Artik 10采用1.3GHz八核处理器,拥有2GB内存和16GB闪存。包括Wi- Fi、蓝牙和蓝牙低功耗、ZigBee和Thread。三星于2015年5月推出了低功耗芯片Artik,有三个规格,其中Artik1大小只有12mm*12mm,售价不到10美元,据悉规格不同,在处理速度、存储能力以及无限电通信能力上均有差异。这芯片面向无人机和智能家具等互联网设备。业界普遍认为Artik将成为三星对抗高通及英特尔的杀手锏,但严格来说,三星还只是后来者。

8、NVIDIA(英伟达)

相比起英特尔试图利用其处理器进入无人机市场,来弥补PC销售的疲软态势,英伟达没有迫切进入无人机市场的理由,其核心的GPU图形处理器业务年增长幅度为7%,占据其2016上半年营收的82%。据了解,2015年英伟达相继为Parrot及大疆提供芯片,针对无人机市场,英伟达开发了Jetson TX1芯片方案,可以胜任各类图像图形识别和高级人工智能任务,使用它的无人机可以在空中停留更长时间。此前,英伟达还同时为大疆和Parrot提供过芯片方案。当然英伟达并没有将TX1主板的潜力限于在无人机的运用,它还可被运用于机器人、物联网设备或者实验室装备。英伟达还为开发者们提供了计算机如OpenVX1.1的视觉库以帮助开发人员使用主板。

9、华为海思

在无人机领域,华为旗下全资子公司海思原先在安防摄像头市场有70%的市场份额,随后为了给这安防摄像头插上翅膀,于2016年7月推出了华为无人机平台,即联手深圳本土初创公司宙心科技,在华为海思芯片的基础上推出了一系列无人机解决方案。

10、XMOS

活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也表示进入到无人机领域。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。

11、瑞芯微

主控:瑞芯微RK3288。瑞芯微有基于RK3288的无人机产品在国内展示并试飞。据介绍,这款无人机产品采用轴距300mm的四旋翼,基于瑞芯微RK3288是处理器,摄像头与机身采用了一体化设计,支持1080p视频拍摄。机身重量约730g,续航时间为14分钟。功能方面,支持一键全景、失控返航、定点巡航、一键自拍、一键绕飞、地理围栏等。

12、新唐(Nuvoton)

来自台湾,主控:新唐 MINI5系列。低阶遥控器使用 SOP20 封装的4T 8051 N79E814;中高阶遥控器则采用Cortex-M0 M051系列内建ARM9及H.264视频边译码器的N329系列。

三、传感器和连接器

传感器是无人机飞行控制中必不可少的器件。其中主要的核心器件基本由国外大厂研发。

13、博世

2016博世推出的BMF055提供了“一站式”传感器解决方案,让创新者们可以专注于软件开发和其他更重要的因素,利用BMF055传感器开发的无人机不仅可以在空中高速飞行,甚至可在半空中翻转。

还有BMM150三轴数字地磁传感器、BMP388 气压传感器。

2018年美国拉斯维加斯消费电子展(CES)上,博世传感器(Bosch Sensortec)最新推出了两款传感器新品。其中一款是高性能惯性测量单元(IMU)BMI088,一款六轴IMU,具有卓越的抗振性,专为无人机和机器人应用而设计。

15、TE

专门用于无人机的解决方案的器件有:利用测量空气的压力来换算成海拔高度的数字气压传感器,用于植保机的数字压差传感器等。

MS5607/MS5611 ,是利用测量空气的压力来换算成海拔高度的数字气压传感器。它们可以分辨出0.012mbar (1.2pa)的气压,约等于10cm的上升高度(在低空,海平面附近),是无人机和高度计海拔测量的理想选择。

TE的MS4515DO 是数字压差传感器,用于空速的一般需要非常低的压力范围。 一般会选4515DO表压的型号。  

16、ALPS

ALPS传感器在无人机领域与国内很多大厂家,包括大疆是非常长久的合作关系。

主要集中在一些现有的传感器比如说角度传感器,应用在摄象头的控制,还有气压的传感器,包括升空高度自动剪枝产品。

17、广濑

目前出货量比较大的还是大疆。无人机方面提供的方案主要是云台,一个是高清,另一个是震动的前提之下要保证连接的稳定,这个是广濑的优势,主要集中在这块。   

具体是指从摄象头模组,接到主板,摄象头本身接到云台中间需要一个可以转动的高频高速的信号,里面有一个器线同轴的产品,它的RF是单个的做成一排。

四:GPS

为什么单独把GPS拿出来,是因为即使中国现在拥有量北斗,即将能够覆盖全球的能力,但是目前在商业化和实际使用方面使用最多的还是美国的GPS,特别是在国外市场,美国的GPS制式核心模块是少不了的。同时,即使能够国产化GPS,但是依然还得依赖美国GPS制式,因此,这也是无人机中一个必不可少的核心器件。

18、GPS

国内外GPS厂家很多,有多模的,有三选二(美国GPS、中国北斗、俄罗斯格洛纳斯)甚至更多制式选择的,但是都少不了核心GPS制式。

在高端高精度上有差分GPS。

结语:

可见,在无人机方面的核心CPU和核心器件方面,目前大部分都还是依赖国外厂商的进口,至于为什么不能自研,一方面中国的无人机大多专注在集成方面,另外一个重要的原因是市场还不够大,全球消费类无人机一年的销量仅仅一百万台左右,行业类无人机仅仅10-20万余台。这样的市场容量还远远无法满足芯片的自行研发、设计、流片、投产等所付出的动辄上亿的代价。而国外大厂一般都有成熟的设计和研发能力,也有一些通用的或者近似的芯片架构,这方面所投入的成本摊薄开来就相对较少了。

因此,要想解决无人机核心芯片自研,还得加大市场开拓和创新力度,虽然无人机目前主要转向行业发展,但是消费类始终是数量最大的市场,只有解决了消费类市场的痛点,让人人随手都能玩无人机,才可能拓展至十倍、百倍,毕竟全球手机市场有数十亿,而无人机市场才百余万,还是有非常大的想象空间。

而消费类市场的繁荣也必定会带动行业类无人机市场更快的发展和兴旺。

 

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