本文旨在介紹如何使用亞信電子的AX58400 EtherCAT從站雙核微控制器快速導(dǎo)入EtherCAT從站產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

隨著人工智能（AI）和機(jī)器人技術(shù)的不斷創(chuàng)新，工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)正邁向更高智能和高效能的嶄新未來。EtherCAT工業(yè)通信技術(shù)以其高效能、超低延遲、高可靠性、精確的時(shí)間同步和低設(shè)置成本，成為現(xiàn)今工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)的主流標(biāo)準(zhǔn)。本文將闡述如何使用亞信電子（ASIX Electronics Corporation）的AX58400 EtherCAT從站雙核微控制器開發(fā)套件，快速導(dǎo)入高效能的EtherCAT從站解決方案，加速企業(yè)推展智能工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。

高速可靠且超低延遲的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)芯片

EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)芯片以其獨(dú)特的「飛速傳輸」（Processing on the fly）數(shù)據(jù)交換機(jī)制，充分利用工業(yè)以太網(wǎng)的帶寬資源，大幅降低資料傳輸延遲至小于1微秒（us），從而確保工業(yè)自動(dòng)化通信的實(shí)時(shí)性和確定性。亞信電子推出一系列EtherCAT從站控制芯片，包括AX58100控制器、AX58200專用通信SoC以及AX58400雙核微控制器，這些芯片皆已獲得EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)（ETG）的認(rèn)可，并正式列入ETG協(xié)會(huì)網(wǎng)站的EtherCAT產(chǎn)品指南。

（圖一）ETG產(chǎn)品指南 － 亞信AX58x00系列EtherCAT從站控制芯片

AX58400是一款高效能EtherCAT從站雙核微控制器，集成了意法半導(dǎo)體STM32H755雙核微控制器，擁有480MHz ARM Cortex-M7和240MHz Cortex-M4雙內(nèi)核。其內(nèi)置的EtherCAT從站控制器配備兩個(gè)百兆以太網(wǎng)PHY。AX58400支持各種通信/控制外圍接口，包括具有MII/RMII接口的10/100 Mbps百兆以太網(wǎng)MAC、高速USB 2.0 OTG、LCD-TFT顯示控制器、DCMI數(shù)碼攝像頭接口、JPEG硬件編解碼器，以及SPI、UART、I2C等，另外還支持AES/TDES/HASH/HMAC硬件加密引擎及ROP/PCROP/防篡改信息安全技術(shù)。

（圖二）AX58400 EtherCAT從站雙核微控制器

AX58400支援CoE、FoE、VoE等各種標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT通信協(xié)議，適用于各種實(shí)時(shí)工業(yè)自動(dòng)化控制應(yīng)用，包括馬達(dá)與運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)字/模擬信號(hào)I/O控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、機(jī)器人轉(zhuǎn)軸控制、EtherCAT轉(zhuǎn)IO-Link網(wǎng)關(guān)和EtherCAT Junction從站模塊等。

（圖三）AX58400 EtherCAT從站典型產(chǎn)品應(yīng)用

簡便的EtherCAT從站開發(fā)套件

亞信電子提供多款A(yù)X58400 EtherCAT從站開發(fā)套件，包括馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)字/模擬I/O控制以及EtherCAT轉(zhuǎn)IO-Link網(wǎng)關(guān)模塊，幫助客戶加速前期評估及產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)程。這些開發(fā)套件內(nèi)含詳細(xì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料與參考源代碼，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊、原理圖、電路板布線圖、軟硬件設(shè)計(jì)指南及軟固件源代碼。

（圖四）AX58400 EtherCAT從站開發(fā)套件

EtherCAT產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程簡介

AX58400 EtherCAT從站雙核微控制器內(nèi)置STM32H755雙核微控制器，并在馬達(dá)控制參考設(shè)計(jì)中結(jié)合了意法半導(dǎo)體的X-NUCLEO-IHM08M1 BLDC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展板及STM32馬達(dá)控制軟件開發(fā)套件（MCSDK）來進(jìn)行產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)。因此，設(shè)計(jì)人員可以遵循以下軟硬件設(shè)計(jì)流程，使用亞信電子提供的AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制開發(fā)套件，并搭配STM32開發(fā)工具（STM32 MC Workbench、STM32CubeMX、STM32CubeIDE和STM32CubeProgrammer），來完成AX58400馬達(dá)控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)。

亞信電子也提供完整的AX58400 EtherCAT從站數(shù)字I/O控制開發(fā)套件，設(shè)計(jì)人員可依據(jù)此軟硬件設(shè)計(jì)流程，快速完成AX58400 EtherCAT從站I/O控制產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。此外，亞信還提供整合了亞信自主研發(fā)IO-Link主站軟件協(xié)議棧的AX58400 EtherCAT轉(zhuǎn) IO-Link網(wǎng)關(guān)解決方案，可根據(jù)客戶需求提供相關(guān)技術(shù)支持服務(wù)。

硬件設(shè)計(jì)流程概述

亞信電子提供的AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制開發(fā)套件包含完整的參考原理圖、PCB布線圖和硬件設(shè)計(jì)指南。設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)這些資料，迅速完成EtherCAT從站產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)。此外，亞信電子的技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)還提供免費(fèi)的原理圖和PCB布線圖檢查服務(wù)，以協(xié)助客戶順利完成AX58400產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)。AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)流程如下，

根據(jù)AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制開發(fā)板的原理圖和硬件設(shè)計(jì)指南，完成AX58400設(shè)備的原理圖設(shè)計(jì)。

參考AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制開發(fā)板PCB布線圖與硬件設(shè)計(jì)指南，進(jìn)行AX58400設(shè)備的PCB布線圖設(shè)計(jì)。

可將新設(shè)計(jì)的AX58400設(shè)備原理圖與PCB布線圖提交給亞信電子技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行檢查。

進(jìn)行AX58400設(shè)備的PCB板制作后，即可開始準(zhǔn)備驗(yàn)證新AX58400設(shè)備的硬體功能。

（圖五）AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制參考設(shè)計(jì)

（圖六）AX58400硬件設(shè)計(jì)參考原理圖&PCB布線圖

軟件設(shè)計(jì)流程概述

AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制開發(fā)套件除了硬件設(shè)計(jì)參考資料外，還提供完整的軟固件參考源代碼和軟件設(shè)計(jì)指南。設(shè)計(jì)人員可參考這些源代碼、設(shè)計(jì)指南及教學(xué)視頻，快速架設(shè)AX58400開發(fā)環(huán)境。新的AX58400設(shè)備制作完成后，即可在此環(huán)境中驗(yàn)證功能，并根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用需求修改和測試軟固件源代碼。這些源代碼包括Bootloader、產(chǎn)品應(yīng)用固件和TwinCAT PLC應(yīng)用程序。以下是AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制產(chǎn)品的軟件設(shè)計(jì)流程，

使用ARM KEIL MDK uVision 5開發(fā)工具編譯AX58400 Bootloader源代碼，然后通過STM32CubeProgrammer工具將其燒錄到AX58400設(shè)備中。

使用EtherCAT SSC工具生成EtherCAT SSC源代碼；通過STM32CubeIDE或ARM KEIL MDK uVision 5開發(fā)工具編譯AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制固件源代碼，再使用STM32CubeIDE或STM32CubeProgrammer工具將新編譯的固件燒錄到AX58400設(shè)備中。

使用倍福（Beckhoff）TwinCAT 3 XAE開發(fā)工具創(chuàng)建一個(gè)新專案，載入并編譯AX58400 EtherCAT從站馬達(dá)控制TwinCAT PLC應(yīng)用程序源代碼，執(zhí)行該應(yīng)用程序燒錄EEPROM，并開始驗(yàn)證AX58400設(shè)備功能。

通過AX58400設(shè)備功能驗(yàn)證后，即可開始根據(jù)產(chǎn)品需求進(jìn)行軟固件源代碼的修改與測試。

（圖七）AX58400 EtherCAT從站開發(fā)工具

（圖八）AX58400馬達(dá)控制TwinCAT PLC應(yīng)用程序

EtherCAT產(chǎn)品兼容性測試

在完成新的EtherCAT從站設(shè)備功能驗(yàn)證后，可以使用倍福的EtherCAT一致性測試工具（CTT）進(jìn)行兼容性測試，以確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT工業(yè)通信協(xié)議。此CTT工具可以安裝在Windows計(jì)算機(jī)上作為EtherCAT主站，連接待測的EtherCAT從站設(shè)備并載入ESI文件，即可開始進(jìn)行兼容性測試。

（圖九）倍福EtherCAT一致性測試工具(CTT)

結(jié)論

本文探討了如何使用亞信電子的AX58400 EtherCAT從站雙核微控制器開發(fā)套件，快速實(shí)現(xiàn)高效能EtherCAT從站產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。透過詳細(xì)介紹AX58400的芯片特性、開發(fā)套件、硬件與軟件設(shè)計(jì)流程及產(chǎn)品兼容性測試，我們希望能為工程師們提供清晰的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路，并期待未來有更多企業(yè)采用EtherCAT工業(yè)通信技術(shù)，共同推動(dòng)智能工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

審核編輯 黃宇