半導體業界在幾年前提出了跨界MCU的概念，就是在保持傳統MCU高實時性和簡單易用的特點之上，在算力、圖像處理、通信速度，以及控制能力上進一步提升，以滿足市場對MCU性能增長的需求。

正是因為MCU的這種變化，不斷擴大了傳統MCU的應用范圍，同時以前需要使用DSP，SoC，甚至FPGA的應用場景，開始出現了MCU的身影，特別是一些工業和電機控制應用場景。在過去幾年，不論是國際MCU廠商，還是國內MCU廠商在跨界MCU方面有所投入，包括新產品和相關生態，先楫半導體就是其中之一。

不久前，先楫半導體率先推出了一款專為工業以太網和電機控制而生的跨界MCU產品HPM6E00系列。該系列MCU集成了德國倍福公司（Beckhoff）正式授權的EterhCAT 從站控制器 (ESC: EtherCAT Slave Controller)、高性能RISC-V內核CPU，以及豐富的運動控制外設。

圖：先楫半導體新推出的HPM6E00系列MCU（來源：先楫半導體）

先楫半導體董事長兼CEO曾勁濤表示，先楫半導體看到了MCU跨界發展趨勢，成立之初就從高性能MCU切入，推出了第一款高性能的MCU產品HPM6700，隨后根據客戶的需求，依托自身的技術實力和創新能力，依次推出了高性價比的HPM6300、集成精準控制的HPM6200、集成運動控制的HPM5300、集成儀表顯示的HPM6800，以及最新的集成了ESC的HPM6E00系列。

圖：先楫半導體董事長兼CEO曾勁濤

他同時強調，先楫半導體非常重視知識產權保護，HPM6E00系列是國內首款擁有德國倍福公司正式授權的EtherCAT從站控制器的高性能MCU產品。
據先楫官方介紹，HPM6E00具備高性能運動控制、高實時工業以太網互聯的特性，提供RISC-V雙核、多達3端口千兆以太網路由模塊，支持多種工業以太網協議和時間敏感網絡 (TSN: Time-Sensitive Networking)，具有32路高分辨率PWM輸出、16位ADC、Σ-?數字濾波等外設模塊。可以說，HPM6E00系列產品實現了高性能MCU與高實時性、低延時工業以太網的結合，能夠幫助行業客戶實現高性能伺服電機控制、機器人運動控制、數據傳輸系統和監控系統等多樣化應用落地。

HPM6E00系列主要特性先楫半導體產品總監費振東在HPM6E00新品發布會上介紹，HPM6E00是先楫獲得倍福EtherCAT從站控制器授權后，將EtherCAT與其他高速以太網，以及先楫之前成功應用的高性能運動控制外設結合在一起的產物。

HPM6E00系列主要包括四個型號：HPM6E80、HPM6E70、HPM6E60及HPM6E50。其中，HPM6E80、HPM6E70是雙核版本，具有兩顆主頻高達600MHz的RISC-V內核CPU，支持2MB的片上SRAM，包括每個內核內部各有256KB的ILM（指令本地存儲器）和256KB的DLM（數據本地存儲器）高速存儲器；除了支持3端口的EtherCAT從站控制器之外，還具有一個千兆以太網交換機，其中HPM6E80支持TSN特性，HPM6E70不支持。具有32通道的PWM模塊、2套硬件環路控制系統、4套精確位置系統等

HPM6E60與HPM6E50則是單核版本，具有一顆主頻高達600MHz的RISC-V內核。其中HPM6E50配置最為精簡，性價比最高。它具有1MB的片上SRAM，支持2端口EtherCAT從站控制器，不支持TSN以太網交換機，PWM方面支持32通道，但硬件環路控制系統僅有1套，且精確位置系統也縮減到了2套，因此可以支持2軸伺服電機控制。

圖：HPM6E00系列產品內部系統框圖（來源：先楫半導體）

模擬

整個HPM6E00系列，包括HPM6E80和HPM6E70都支持4個16位的片上SAR逐次逼近型ADC，轉換率可達2MSPS。支持Σ-Δ數字濾波，總共支持2個4通道Σ-Δ數字濾波器，因此，它可以采集總共8通道的模擬量。HPM6E50則支持總共4通道Σ-Δ數字濾波器，支持4個模擬量的采集；支持3個16位的2MSPS采樣ADC。

通信接口

具有1 個內置 PHY 的高速 USB，多達 8路 CAN/CAN-FD 接口、17個UART串口、8個SPI和8個I2C接口。

外部存儲器擴展

支持SDRAM擴展，及SRAM的擴展，同時支持并口總線，可以支持包括FPGA在內的各類外部設備。

封裝

HPM6E00系列支持兩種GBA封裝，分別是14×14mm的289Pin封裝和12×12mm的196Pin封裝。選用的球間距是0.8mm，而且相同封裝的引腳是兼容的，方便客戶方案的PCB設計。

溫度范圍

支持-40℃到105℃的寬溫度范圍，支持惡劣的應用場景。

值得注意的是，HPM6E00系列已于2024年6月27日全面上市。全部型號都已經正式量產，可以接受客戶的量產訂單。HPM6E00系列的兩大亮點前面有提到，HPM6E00系列產品實現了電機控制與高實時性、低延時工業以太網的完美結合，那么HPM6E00是如何實現的呢？主要是因為先楫在芯片內部集成了倍福授權的EtherCAT從站控制器以及先楫自身的運動控制系統，這也是這款產品的兩大亮點。
首先我們來看一下HPM6E00的實時以太網系統。HPM6E80/ HPM6E70都支持高性能的實時以太網系統，包括正版的EtherCAT從站控制器，一共支持3個端口，其中HPM6E80還支持一個TSN交換機，可以支持3個外部端口和一個內部端口，以及一個千兆以太網MAC控制器。

由于先楫將EtherCAT從站控制器集成在了芯片上，因此，它的PDI（Process Data Interface）集成在了芯片內部，通過高速的系統總線相連接，支持HPM6E00系列的CPU與DMA之間的通信，相比通過SPI口，或者并口來外擴的獨立式的從站控制器來說，使用系統總線來連接PDI接口，可以獲得更加高速的訪問效率。
EtherCAT從站控制器還支持3個網絡端口，因此，既可以支持使用兩個端口的鏈式EtherCAT設備組網，也支持Y型的EtherCAT設備組網。此外，EtherCAT從站控制器支持8個FMMU、8個SyncManager、支持60KB Process Data RAM，64比特的分布式時鐘。
從站控制器跟內部有一個同步信號，可以把EtherCAT的同步信號直接通過Sync信號連接到芯片的觸發互聯系統，允許EtherCAT的時間網絡和內部的電機控制外設進行同步。
另外，因為EhterCAT從站控制器需要外擴EEPROM來存儲各類EtherCAT的設備控制信息，因此，先楫的HPM6E00系列支持直接通過I2C總線來連接外部的EEPROM，或者支持通過片內的Flash去模擬EEPROM，讓用戶可以省掉外擴的EEPROM的存儲設備。
HPM6E00系列的另外一大亮點就是其增強的運動控制系統。在運動控制方面，一是HPM6E00系列支持4個8通道增強型PWM控制器，且調制精度高達100ps。這不僅在伺服電機控制領域有廣泛的應用，在數字電源領域也有廣泛的應用前景。

二是集成了精確的位置系統，包括各類運動控制的編碼器接口，比如支持了4套SEI串行編碼器接口，這是一個可編程的編碼器接口。據悉，用戶在應用過程中，由于伺服驅動器往往需要進行精確的位置感應，因此，需要對接各類絕對式的位置傳感器接口，這些位置傳感器往往會來自不同的廠家，而在市場上流行著非常多的不同廠家，不同制式，不同協議的通信類絕對式編碼器。針對此種情況，先楫專門設計了這個可編程的SEI編碼器接口模塊，可以實現用戶只需要簡單配置軟件，就可以適配市面上各類的，各個廠家的位置傳感器，包括多摩川協議、BiSS-C協議、以及EnDat 2.2協議等，由于它是可編程結構，因此用戶也可以實現自定義的編碼器接口。

三是芯片上集成了正交式、脈沖式編碼器輸入，包括4套正交輸入模塊QEIv2，不但可以支持ADC格式的脈沖式位置傳感器輸入，也可以接收脈沖型伺服系統當中常見的正脈沖和負脈沖，以及脈沖+方向脈沖型位置接口。同樣還支持4套正交式脈沖型位置傳感器輸出系統QEO，因此在單芯片上，直接實現從正交型的輸入到輸出，直接進行脈沖分頻的系統。
四是支持旋變解碼模塊RDC和磁編碼器接口，可以支持旋變解碼器，適用于高溫高壓等復雜的電磁場景應用。
五是芯片還支持硬件環路控制系統，包括一個硬件坐標變換器VSC、可以支持硬件的Clark和Park變換，還有一個環路計算器CLC，支持最多到3階，就是2階再串聯1階這樣的硬件環路控制。

HPM6E00生態支持
MCU從來都不僅僅只是提供一款產品就足夠了，還需要生態的支持，先楫在這方面也做了相當多的工作，與HPM6E00系列MCU配套的開發套件和SDK也都已經同步更新。其中，HPM6E00開發板現已在先楫半導體官網正式開售，售價￥498。HPM6E00EVK提供雙百兆網口，實現ESC功能，RGMII千兆網口，CAN接口，音頻接口，sigma-detal 轉換接口，HS USB接口以及標準的電機接口可以適配先楫的電機驅動板。同時HPM6E00EVK的FEMC/PPI插槽，方便用戶實現各類總線接口，并默認提供FEMC/PPI子板，可以實現SDRAM和并口的ADC采樣功能。此外，還提供樹莓派接口以及板載的調試接口可以方便用戶進行調試，同時也提供標準的JTAG接口供用戶選擇。
另外，SDK也已經更新到了最新的hpm_sdk v1.6.0版本，新版SDK已經全面適配HPM6E00系列。針對EtherCAT相應的軟件開發方面，先楫做了EtherCAT從棧軟件適配。支持ESM的狀態機、CAN over EtherCAT，也支持同步模式、Free Run、Sync Manager同步，以及DC分布式時鐘的同步，另外，在SDK內部還提供了EtherCAT I/O的例程。據費振東透露，更加豐富的EtherCAT相關的軟件例程也在開發當中。
值得注意的是，SDK的最新版本當中，還提供了全套的電機控制系統外設的驅動，包括PWM、QEI、QEO、SEI、RDC等，都有完整的驅動和例程。還有，Hpm pinmux tool，也就是在線引腳編輯工具也已經提供了在線版本。可以訪問網站直接使用在線引腳分配工具。
費振東強調，先楫的SDK全套代碼都已免費開源，目前最新版本已經推送到了國內和國際的代碼倉庫，包括GitHub和Gitee。費振東最后總結說，先楫的目標是希望能夠為客戶提供一整套的解決方案，此次先楫推出的HPM6E00系列，支持的引腳范圍是196pin和289pin，未來會推出更多不同規格的產品來滿足客戶不同應用場景的需求。