600MHz双核RISC-V+EtherCAT：国产高性能MCU实现伺服电机方案“全栈控制”

EtherCAT是一种基于以太网的高性能工业实时通信协议，通过特殊的协议优化实现了极低的延迟和高确定性，广泛应用于工业自动化领域，特别是运动控制和伺服系统场景，它以高速度、高同步性和高效确定性的数据传输而闻名。

EtherCAT采用了一种独特的“处理转发”工作机制，主站发送帧-从站处理数据-帧返回主站，即EtherCAT主站发送一个报文，报文经过所有节点；EtherCAT从站设备高速动态地（on the fly）读取寻址到该节点的数据，并在数据帧继续传输的同时插入数据；利用以太网技术的全双工特性，将报文返回给主站，这种机制使得它能够实现极高的传输效率，通过硬件芯片来支持以保证最大性能通讯。

快包分析师推荐基于先楫HPM6E00系列MCU开发的EtherCAT伺服驱动器方案，高性能MCU与高实时性、低延时工业以太网的完美结合，具备高性能运动控制、高实时工业以太网互联的特性，多达3端口的千兆以太网交换机，支持多种工业以太网协议和时间敏感网络，支持32 路高分辨率 PWM 输出、16位ADC、Σ∆ 数字滤波，带有专业的编码器管理模块、灵活的外部总线和敏捷的硬件电流环功能，在高精度运动控制系统中具备得天独厚的优势。

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基于先楫半导体HPM6E80的EtherCAT伺服驱动器方案

方案介绍：

本方案是基于先楫半导体HPM6E80芯片研制的一款高速度、高精度、高性能的高端伺服驱动器满足国内一流产品标准，适用于高端应用需求。支持单相AC~90V- AC~253V 电源供电配合 100W~750W 高响应伺服电机（电机搭配 23 位单圈绝对值编码器或者 23 位多圈绝对值编码器），实现全闭环功能，使得电机运行安静平稳，工艺实现丰富精准。支持适配电机 支持 EtherCAT 总线控制，支持 DI 输入，支持 DO 输出。本驱动器适用于电子制造、锂电、机械手、包装、机床等行业的自动化设备，以高性能方案实现快速精确的位置控制、速度控制和转矩控制。

先楫半导体HPM6E80芯片特点：

·高性能 RISC-V 双核，主频高达 600MHz;

·高达 2MB SRAM，192KB ROM，4Kb OTP；

·TSN 网关，3 个外部端口+1 个内部端口

·EtherCAT Slave 控制器，3 个 MAC 端口

·1 个千兆以太网 MAC 控制器

·32 通道高分辨率 PWM 控制器，100ps

·增量式和绝对值位置传感器接口 x4

·串行编码器输入/输出：支持多摩川，BISS-C，ENDAT 等

·8 个 CAN-FD 接口

·4 个 16b SAR ADC

伺服驱动器特点：

·额定工作电压为AC 220V，且支持AC 90V–253V宽范围输入

·额定电流5A，最大电流可达15A，并支持最高750W额定功率

·600M双核RISC-V处理器提供澎湃动力

·支持两端口的的EtherCAT从站输入输出

·支持EtherCAT CIA402协议

·支持单圈/多圈绝对值编码器以及兼容多摩川/BISS-C/ENDAT协议

·支持隔离DI、隔离DO

·内带调试器，可直接通过外部USB口进行软件调试、下载及串口通信

EtherCAT 技术优势：

·实时性高：采用“飞行处理”机制，数据帧在传输过程中无需存储转发，单帧处理延迟仅为1μs，同步精度可达亚微秒级，能满足高精度运动控制需求。

·拓扑灵活：支持菊花链、星型、树型等多种拓扑结构，可适应复杂布线场景，减少线缆数量和体积。

·成本效益：主站无需专用芯片，硬件成本较低；基于拓扑灵活性与诊断功能，运维效率提升35%。

·带宽利用率高：数据负载率高达98%，显著降低带宽浪费。

·分布式时钟同步：通过主站与从站的时钟偏移补偿算法，实现全网络节点时间同步误差＜100ns。

方案应用场景：

·工业机器人：通过EtherCAT连接关节驱动器与力控传感器，同步周期250μs，重复定位精度达±0.02mm。

·伺服驱动系统：如本方案支持基于EtherCAT 的 COE_CIA402 电机控制，通过EtherCAT实现视觉系统与运动控制器的直接通信，图像传输延迟从5ms降至0.8ms。

·半导体制造设备：对实时性和同步性要求极高的半导体制造机器，EtherCAT可满足其高速、高精度控制需求。

·自动化测试设备：如高速数据采集、分布式测量系统等，EtherCAT的实时性和高带宽利用率可确保测试数据的准确性和及时性。

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参考方案一：基于先楫半导体HPM5E00芯片的EtherCAT步进马达方案

基于先楫半导体HPM5E00 MCU芯片的EtherCAT步进马达方案，可实现用EtherCAT控制步进电机的运行，主要功能如下：

·支持通过EtherCAT升级、

·支持CIA402协议，有CSP、CSV等模式

·输入电压范围15V~48V

·正交编码器接口

·最大输出电流3A

·电压保护功能

·两路光耦隔离输出、四路光耦隔离输入

·支持HPM Monitor Studio上位机

·EUI显示及按键操作功能

参考方案二：基于先楫半导体HPM5E00芯片的总线型开环步进驱动器方案

格睿物联旗下品牌基于先楫半导体HPM5E00芯片开发的EC1-570总线型开环步进驱动器，采用HPM5E00系列为主控芯片，通过EtherCAT总线通讯接口将EtherCAT从站技术、矢量控制技术、内置微细分技术、自适应滤波技术融为一体，实现了步进系统的实时控制与实时数据传输，进一步优化了步进电机的性能：

·中低速具有极佳的平稳性和超低噪声；

·高速力矩得到极大提升，扩展了步进电机的速度应用范围；

·平滑、精确的纯正弦电流矢量控制技术有效地减小了电机发热。

目前，该产品已完美适配倍福、欧姆龙、基恩士、汇川、信捷等多家主站控制系统，并且广泛应用于纺织、机器人、锂电设备、3C电子等行业。

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