恩智浦的MR-VMU-RT1176是一款緊湊型、一體式車輛管理單元 (VMU)。該器件搭載i.MX RT1176跨界MCU，集成雙核Arm Cortex-M7/M4處理器，并配備全面的傳感器套件與豐富的連接選項(xiàng)，能夠顯著加速工程師構(gòu)建下一代系統(tǒng)的進(jìn)程。

移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)

移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極具復(fù)雜性，工程師需在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)平衡實(shí)時(shí)控制、傳感器融合及高速通信。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要集成多個(gè)分立式組件，如微控制器 (MCU)、慣性測(cè)量單元 (IMU)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 模塊及網(wǎng)絡(luò)接口，導(dǎo)致架構(gòu)分散、繁瑣，還延長了開發(fā)周期。

在移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，工程師需應(yīng)對(duì)多重挑戰(zhàn)。其中實(shí)時(shí)處理是最嚴(yán)苛的環(huán)節(jié)之一，控制環(huán)路、傳感器融合及自主決策均要求低延遲執(zhí)行。許多MCU在高計(jì)算性能與實(shí)時(shí)約束之間難以取得平衡，工程師往往需要整合多個(gè)處理器或外部加速器，這進(jìn)一步增加了復(fù)雜性與開發(fā)難度。

集成是另一個(gè)考慮要素，移動(dòng)機(jī)器人要求確保處理單元、IMU、GNSS模塊、電機(jī)控制器和網(wǎng)絡(luò)接口的精準(zhǔn)協(xié)調(diào)。然而，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工程師需要手動(dòng)集成和同步這些組件，這不僅增加了開發(fā)時(shí)間，還可能帶來不兼容的風(fēng)險(xiǎn)。

可靠的通信也非常重要。VMU必須以非常低延遲的傳輸傳感器數(shù)據(jù)與執(zhí)行器指令，以確保穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。然而，許多系統(tǒng)仍依賴傳統(tǒng)協(xié)議，缺乏對(duì)CAN FD或汽車以太網(wǎng)等穩(wěn)健、低延遲網(wǎng)絡(luò)解決方案的支持，限制了數(shù)據(jù)傳輸效率與實(shí)時(shí)性。

最后，工程師廣泛依賴PX4、Zephyr RTOS和Cognipilot等開源生態(tài)合作體系的軟件，這些合作體系為實(shí)時(shí)控制提供必要的中間件和框架。然而，將這些軟件與定制硬件配置無縫集成通常需要大量的開發(fā)工作。

借助模塊化解決方案優(yōu)化移動(dòng)機(jī)器人

MR-VMU-RT1176提供緊湊的模塊化解決方案，高效應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)。

MR-VMU-RT1176是一款緊湊、輕便的車輛管理單元解決方案，專為移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)。

處理能力

MR-VMU-RT1176基于i.MX RT1176跨界MCU構(gòu)建，專為滿足移動(dòng)機(jī)器人嚴(yán)苛的計(jì)算需求而設(shè)計(jì)。它采用雙核架構(gòu)，其中Cortex-M7 (1GHz) 用于控制環(huán)路、傳感器融合及人工智能推理等高性能實(shí)時(shí)任務(wù)，而Cortex-M4 (400MHz) 則高效地管理后臺(tái)處理，減輕主核的負(fù)擔(dān)。此外，該系統(tǒng)配備64MB外部閃存與2MB RAM，確保固件執(zhí)行及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的充足存儲(chǔ)空間。

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MR-VMU-RT1176結(jié)構(gòu)框圖

全面的傳感器套件

MR-VMU-RT1176集成了一套全面的傳感器套件，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的高精度運(yùn)動(dòng)跟蹤與環(huán)境感知。該套件包括：

BMI088 6軸IMU，用于精確運(yùn)動(dòng)傳感

BMM150和IST8310磁力計(jì)，用于航向與方位估計(jì)

兩個(gè)BMP388氣壓計(jì)，用于高度和壓力傳感

兩個(gè)ICM-42688 6軸IMU，用于增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)跟蹤的冗余與精度

其中一半傳感器集成于內(nèi)部連接的IMU板，使工程師能夠輕松替換傳感器，以適應(yīng)未來的系統(tǒng)升級(jí)需求。

連接和接口選項(xiàng)

工程師需要靈活的通信選項(xiàng)，以便將VMU與電機(jī)、傳感器及網(wǎng)絡(luò)模塊高效集成。MR-VMU-RT1176提供：

USB-C 2.0連接器和JST-GH引腳接頭，用于高速數(shù)據(jù)傳輸

多個(gè)UART、I2C和SPI端口，用于連接外部外設(shè)

12路PWM輸出，可直接控制執(zhí)行器、伺服系統(tǒng)及電機(jī)

具有信號(hào)提升能力 (SIC) 的三重CAN-FD

100Base-T1汽車以太網(wǎng)，支持高帶寬數(shù)據(jù)交換

RC輸入與SBUS兼容接收器兼容，用于遠(yuǎn)程控制

由于這些連接器均遵循Dronecode標(biāo)準(zhǔn)，工程師能夠輕松訪問龐大的即插即用組件生態(tài)合作體系，這些組件能夠與MR-VMU-RT1176搭配使用。

開發(fā)人員體驗(yàn)與軟件生態(tài)合作體系

MR-VMU-RT1176具備高度兼容性，能夠與開源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及機(jī)器人框架輕松集成。例如，它支持Zephyr RTOS，這是一個(gè)專為實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的輕量級(jí)模塊化系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)支持用于自主機(jī)器人的Cognipilot，它提供了一個(gè)基于Zephyr的自動(dòng)駕駛平臺(tái)。該單元還運(yùn)行NuttX RTOS，這是一款符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，以其強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力而聞名。此外，它還支持PX4，這是一款廣泛用于無人機(jī)和移動(dòng)機(jī)器人的飛行控制軟件。

值得注意的是，PX4由QGroundControl補(bǔ)充。QGroundControl是一款用于任務(wù)規(guī)劃、GPS航路點(diǎn)管理、遙測(cè)和測(cè)繪的地面站軟件。該軟件可在筆記本電腦、Android設(shè)備和定制硬件上運(yùn)行，使用戶能夠從幾乎任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全面的系統(tǒng)控制。

開發(fā)人員入門指南

借助Zephyr存儲(chǔ)庫的上游支持，開發(fā)人員可以輕松使用Zephyr RTOS設(shè)置MR-VMU-RT1176。

1

從恩智浦的存儲(chǔ)庫下載預(yù)配置的固件。

2

使用Zephyr構(gòu)建系統(tǒng)編譯和燒寫自定義應(yīng)用程序。由于支持完全集成到Zephyr中，開發(fā)人員只需遵循標(biāo)準(zhǔn)的Zephyr開源說明，并選擇MR-VMU-RT1176作為目標(biāo)平臺(tái)。

3

利用Cognipilot的框架進(jìn)行自動(dòng)駕駛和自主系統(tǒng)開發(fā)。

移動(dòng)機(jī)器人：邁向智能未來

移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)雖極具挑戰(zhàn)性，但其發(fā)展格局完全可以重塑。

MR-VMU-RT1176為工程師提供了緊湊型、強(qiáng)大的解決方案，通過模塊化架構(gòu)，結(jié)合了高性能處理、集成傳感器及廣泛的連接選項(xiàng)。借助預(yù)構(gòu)建固件、Zephyr文檔及恩智浦開發(fā)資源，工程師能夠快速上手。

本文作者

Altaf Hussain，恩智浦半導(dǎo)體運(yùn)輸與移動(dòng)細(xì)分市場(chǎng)市場(chǎng)總監(jiān)。Altaf在企業(yè)、服務(wù)提供商和工業(yè)應(yīng)用的應(yīng)用工程、產(chǎn)品營銷和業(yè)務(wù)開拓方面擁有30多年的經(jīng)驗(yàn)。他目前擔(dān)任恩智浦運(yùn)輸與移動(dòng)部門的負(fù)責(zé)人，該部門專注于移動(dòng)機(jī)器人、機(jī)器視覺和倉庫物流自動(dòng)化領(lǐng)域。Altaf致力于制定系統(tǒng)解決方案，幫助客戶借助自主移動(dòng)機(jī)器人加速自動(dòng)化進(jìn)程。他擁有英國倫敦南岸大學(xué)的電氣與電子工程學(xué)士學(xué)位。