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一名業余單片機愛好者，平時喜歡折騰各種開發板和新出的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，更多是和系統、應用打交道。相比工作里的軟件世界，更喜歡在業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，先楫半導體發布了新一代高性能EtherCAT運動控制MCU——HPM5E00。HPM5E00集成32位RISC-V內核，支持 RV32G（IMAFDC）通用指令集及位操作（B）、DSP（P）擴展，片內存儲含 32 KB 指令/數據高速緩存 (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系統：集成EtherCAT從站控制器(ESC)，搭載千兆以太網MAC，支持RGMII/RMII/MII，可實現高速工業網絡通信。這意味著，原本需要MCU+獨立ESC芯片的方案，現在一顆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，嘗鮮這款新出內置ESC的國產MCU。

項目簡介

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

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構優化。該開發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千兆以太網接口，便于直接開展工業以太網通信驗證；

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 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千兆以太網電路

參考HPM5E00EVK評估板，使用RTL8211。

USB-OTG 電路

參考HPM5E00EVK評估板，實現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 轉串口 CH340 電路

擴展IO

將未使用的GPIO引出，方便外部擴展開發。

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、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，現學現賣，輕松完成EtherCAT主/從站驗證與高速網絡測試。

綜合測試（嵌入式web服務器）

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

作為開發板的Web控制面板，可實時顯示芯片溫度、內存使用率等狀態，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控系統或人機交互界面（HMI）。

EtherCAT 從站測試

使用TwinCAT3軟件作為EtherCAT主站。

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

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。

千兆以太網測試

使用Intel I350網卡。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。

測試結果 - TCP Server: 300 Mbps+

測試結果 - TCP Client: 640 Mbps+

測試結果 - UDP Server: 950 Mbps+

測試結果 - UDP Client: 760 Mbps+

總 結

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MAC集成于單顆芯片，打破了傳統“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內核，支持DSP擴展，內置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完美展現了國產MCU的高集成度、強性能與低價格的優勢。

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完

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以上內容來自先楫開發者的原創分享。

我們始終相信開發者共創的力量。先楫社區堅持開源共享、互惠互利，貼近每一個開發者，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。

心之所向，銳意進取，星辰大海，恣意成長。