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一名業(yè)余單片機愛好者，平時喜歡折騰各種開發(fā)板和新出的MCU。本職工作是一名軟件工程師，日常主要從事軟件應用開發(fā)，更多是和系統(tǒng)、應用打交道。相比工作里的軟件世界，更喜歡在業(yè)余時間動手做一些硬件相關的小項目，既能學習新東西，也能保持對技術的好奇心。

前 言

今年五月，先楫半導體發(fā)布了新一代高性能EtherCAT運動控制MCU——HPM5E00。HPM5E00集成32位RISC-V內(nèi)核，支持 RV32G（IMAFDC）通用指令集及位操作（B）、DSP（P）擴展，片內(nèi)存儲含 32 KB 指令/數(shù)據(jù)高速緩存 (I/D Cache)、共計256KB的零等待本地存儲器 (ILM/DLM) 以及256KB通用SRAM，實測CoreMark 2712 分 @ 480 MHz（≈5.65 CoreMark/MHz）。它最突出的亮點在于實時以太網(wǎng)系統(tǒng)：集成EtherCAT從站控制器(ESC)，搭載千兆以太網(wǎng)MAC，支持RGMII/RMII/MII，可實現(xiàn)高速工業(yè)網(wǎng)絡通信。這意味著，原本需要MCU+獨立ESC芯片的方案，現(xiàn)在一顆MCU就能搞定，大大簡化了硬件設計。作為一名對新技術毫無抵抗力的愛好者，我立刻鎖定了它，遂決定設計一塊板子，嘗鮮這款新出內(nèi)置ESC的國產(chǎn)MCU。

項目簡介

HPM5E00 系列目前提供兩種封裝形式：BGA-196 和 eLQFP-100。考慮到業(yè)余條件的焊接水平，在開發(fā)板設計時選擇了eLQFP-100封裝的HPM5E31IPB1，以便于手工焊接和調(diào)試。

在設計過程中，主要參考了官方的HPM5E00EVK評估板，并在此基礎上進行了功能精簡與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。該開發(fā)板的核心目標是驗證 EtherCAT功能，同時測試HPM5E00芯片集成的一些常用外設。

該板子的設計更注重簡潔與實用性：

保留EtherCAT P0/P1 接口與RGMII千兆以太網(wǎng)接口，便于直接開展工業(yè)以太網(wǎng)通信驗證；

板載多種常用外設（1.14寸 LCD、蜂鳴器、DS18B20、USB OTG、CAN、串口），既可作為EtherCAT測試的輔助組件，也方便移植和運行其它的HPM SDK示例；

板子設計強調(diào) 緊湊、高效與實用，在保持核心功能完整的同時，提升實驗與調(diào)試的便捷性。

最終形成的HPM5E-EC-DEV是一款面向EtherCAT入門評估的輕量級開發(fā)板，同時兼顧多外設驗證與功能擴展，適用于入門學習、評估研究等場景。

項目開源地址
https://oshwhub.com/azure2024/hpm5e-ec-dev-public

硬件設計介紹

電源

開發(fā)板采用USB供電，板載兩路DCDC降壓電路（5V→3.3V、3V3→1.2V），分別為外設、MCU核心提供穩(wěn)定電源。

EtherCAT 電路

參考HPM5E00EVK評估板，使用JL1111，去掉了不需要的兼容電路。

由于eLQFP-100封裝HPM5E31IPB1把ECAT-P1與千兆RGMII部分引腳復用，eLQFP-100封裝的EtherCAT與千兆網(wǎng)只能二選一（BGA-196 封裝無此限制），因此板載兩組8位撥碼開關，用于硬件切換信號連接。

RGMII千兆以太網(wǎng)電路

參考HPM5E00EVK評估板，使用RTL8211。

USB-OTG 電路

參考HPM5E00EVK評估板，實現(xiàn)OTG主從識別、電源供給與過流保護，以及抗干擾與靜電保護。

USB 轉(zhuǎn)串口 CH340 電路

擴展IO

將未使用的GPIO引出，方便外部擴展開發(fā)。

其它外圍電路

測試驗證

主要基于官方HPM_SDK和HPM_APPS提供的例程進行驗證。先楫提供的HPM_SDK完善易用，例程覆蓋EtherCAT、千兆以太網(wǎng)、USB、CAN等常用外設，配合清晰的文檔，使用起來非常順手。即便是第一次接觸先楫MCU，也能憑借官方SDK快速上手，現(xiàn)學現(xiàn)賣，輕松完成EtherCAT主/從站驗證與高速網(wǎng)絡測試。

綜合測試（嵌入式web服務器）

通過USB虛擬網(wǎng)卡設備（RNDIS）與Mongoose網(wǎng)絡庫，實現(xiàn)了一個輕量級的嵌入式Web服務器。開發(fā)板通過USB連接PC后，會被識別為網(wǎng)絡設備，上位機無需額外驅(qū)動即可通過瀏覽器訪問嵌入式Web頁面。

作為開發(fā)板的Web控制面板，可實時顯示芯片溫度、內(nèi)存使用率等狀態(tài)，并提供對板載外設的遠程操作功能，LED燈開關、蜂鳴器控制等。這種方式不僅方便演示板載外設功能，以此為基礎還可以輕松擴展為更復雜的遠程監(jiān)控系統(tǒng)或人機交互界面（HMI）。

EtherCAT 從站測試

使用TwinCAT3軟件作為EtherCAT主站。

使用Realtek RTL8168網(wǎng)卡（筆記本板載網(wǎng)卡），與官方HPM6E00EVK評估板進行串聯(lián)通信測試。

ECAT-P1撥碼全部撥到1，ETH-RGMII撥碼全部撥到0。

EtherCAT 主站測試

作為主站（Master）的板卡，使用官方hpm_apps/ethercat_master例程，ECAT-P1撥碼全部撥到0，ETH-RGMII撥碼全部撥到1。

作為從站（Slave）的板卡，使用官方hpm_sdk/ethercat/ecat_io例程，ECAT-P1撥碼全部撥到1，ETH-RGMII撥碼全部撥到0。

千兆以太網(wǎng)測試

使用Intel I350網(wǎng)卡。測試前請關閉電腦防火墻，避免防火墻攔截導致測速異常。

ECAT-P1撥碼全部撥到0，ETH-RGMII撥碼全部撥到1。

測試結(jié)果 - TCP Server: 300 Mbps+

測試結(jié)果 - TCP Client: 640 Mbps+

測試結(jié)果 - UDP Server: 950 Mbps+

測試結(jié)果 - UDP Client: 760 Mbps+

總 結(jié)

HPM5E00作為先楫半導體推出的新一代高性能運動控制MCU，最大亮點在于將EtherCAT從站控制器（ESC）與千兆以太網(wǎng)MAC集成于單顆芯片，打破了傳統(tǒng)“MCU+獨立ESC芯片”的方案，不僅顯著簡化硬件設計，也讓EtherCAT的應用門檻大幅降低。同時，它基于32位RISC-V內(nèi)核，支持DSP擴展，內(nèi)置Cache與大容量SRAM，實測CoreMark 2712 分 @ 480MHz，無論在實時性還是算力上都足以應對一般工業(yè)控制任務。在華秋商城BGA196封裝零售僅34元，批量更低，HPM5E00完美展現(xiàn)了國產(chǎn)MCU的高集成度、強性能與低價格的優(yōu)勢。

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完

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以上內(nèi)容來自先楫開發(fā)者的原創(chuàng)分享。

我們始終相信開發(fā)者共創(chuàng)的力量。先楫社區(qū)堅持開源共享、互惠互利，貼近每一個開發(fā)者，一步一個腳印，一點一滴積累，為成為更好的我們而不斷努力。

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