极海推出全球首款双核Cortex-M52实时控制MCU/DSP

2025年5月13日，由芯原股份主办的以“具身智慧机器人”为主题的“第十五届松山湖中国IC创新高峰论坛”正式在东莞松山湖召开。在此次论坛上，珠海极海半导体实时控制产品线高级经理卢鹏升先生推介了面向具身机器人的高性能、高安全实时控制MCU/DSP——G32R501。

随着机器人从传统工业领域发展至医疗、农业等更广泛的领域，对整个机器人控制系统带来更高的挑战。卢鹏升认为这当中最关键的是需要解决高爆发、高动态、高精度和高安全这四方面的挑战：

1、高爆发：需要运行复杂的控制策略和算法，能够应对瞬时输出大功率；

2、高动态：整个控制系统需要快速调整动作和姿态，以满足快速变化的场景和控制任务；

3、高精度：要求机器人能够支持高精度的感知及控制，以微小的误差完成精细任务；

4、安全：支持故障诊断及安全保护机制，保障复杂环境运行的安全与稳定。

面对机器人控制系统的新需求，极海半导体也发布了首款基于Arm Cortex-M52双核的实时控制MCU G32R501。卢鹏升表示，“首先机器人需要一个高性能的大脑，所以这个芯片具备2个大脑+2个小脑；第二，机器人要做高精度的感知，对应MCU要做高精度的感知，不仅配置高精度的ADC，还配置用了高精度的DAC；同时还要有针对控制的部分，针对输出的部分，以及针对安全的部分。”

具体来看，这款MCU采用40nm eFlash先进工艺，在核心的运算处理方面，具备250MHz主频Cortex-M52双核架构，主频高达250MHz，支持Arm Helium™技术，通过支持自定义数据通路CDE接口，可扩展极海自主研发的紫电数学指令扩展单元，大幅缩短数学计算时间、降低CPU访问延时，从而提升系统整体实时性和智能化。在实时性能及边缘AI性能方面，单核性能较竞品提升2-2.5倍。

灵敏的信号采集能力也是G32R501的一大亮点，其配备了3.45Msps 12位ADC、高分辨率捕获CAP、增强型QEP等先进模块，能够实现高精度的信号感知和采集，满足机器人对环境信号的快速、精准捕捉需求。

在控制输出方面，G32R501集成了丰富的高性能感知、控制外设和灵活的外设互联系统，包括150ps分辨率高精度PWM、灵活可编程逻辑单元、高精度DAC的比较器，可精准控制执行器的动作和姿态，确保机器人在复杂环境下的稳定运行。

在安全性方面，G32R501支持代码安全防护、丢失时钟检测电路等多重安全增强功能，满足IEC 61508 SIL2硬件标准，结合软件诊断和STL库，系统级功能安全可达CL3级别。同时，该芯片基于车规工业平台打造，通过了AEC-Q100 Grade1认证，支持-40℃~125℃工作温度范围，可高效满足中高端应用市场对于高性能、高集成、高安全、高可靠等芯片性能需求。

卢鹏升表示，衡量一个实时MCU的性能，不能只看其CPU的内核架构、主频、ADC等方面的数据，而是需要衡量从采量到实现算法、控制全链路的实时性能。对应从采量到完成控制所需要的相对周期数做的综合评估。

根据极海公布的G32R501闭环性能实测（基于TI C2000标准及测试代码）数据显示，与TI C2000相比，G32R50可以做到同等运行效能。同时考虑到Cortex-M52主频比一般MCU的内核主频更高，所以加速性能会更高。

为了配合客户更好做方案的开发，极海也提供准量产级的参考设计，是总线型的高压伺服控制器。极海还做了对应六轴机械臂。客户从原有方案升级到G32R501相关的性能测试对比显示，G32R501可以实现90%的惯量比，比客户原有方案有大幅度提升；在高速3000rpm转情况下，转速波动也比原有方案更好；整个系统的极限频率，做到1.3倍的提升；整个时间运算，完成整个伺服控制预算，从原先40秒降低到17微秒。无论是精度、还是性能相比原有方案都有比较好的提升。另外还有快速电流环的标准，G32R501可以做到单核0.76微秒电流环，这个TI C2000系列更好。

从2018年开始，极海就有与很多工业头部客户进行很好的合作。截止到目前，整个极海半导体产品广泛应用机器人控制单元，包括实时控制DSP的MCU系列、针对电机专用的SoC等。在编码器方面，极海在工业领域编码器市场的占有率也非常高，目前极海还有编码器的解码芯片；针对视觉感知系统部分，极海拥有超声波雷达芯片，不仅在车上实现量产，也已经跟机器人非常头部的客户建立合作。

为了更好地服务客户，极海半导体不仅提供高性能的芯片产品，还打造了“芯片+算法+参考设计” 一站式电机系统方案。针对不同的电机类型和应用场景，如 BLDC、PMSM、步进电机等，提供了丰富的控制方式和算法支持，满足机器人在机械臂、机器人关节、工业机械手等细分领域的多样化需求。

最后，卢鹏升还透露了极海即将推出的两款新品：一个是APM32F427工业级高性能MCU，这个芯片从运算性能，以及实时控制性能，做到跟国内和国际领先水平，第二个就是国内首款编码器解码专用MCU G32R430，具有非常高精度的ADC。

关于极海半导体

极海半导体纳思达的子公司，成立于2004年，主要服务于母公司，最早是做加密ASIC，并于2012年发布国产首款打印机专用多核加密加密SoC芯片。随后将业务扩展至MCU领域，并成功进入了工业、汽车等市场。目前极海拥有六大芯片研发中心，多个研发合作基地，超600人研发团队。截至2024年12月，极海已累计申请知识产权数量超过1500项，累计获得超过1200多项授权。

编辑：芯智讯-浪客剑