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1. 三網(wǎng)合一：HPM6750 Combo 開發(fā)板多網(wǎng)絡(luò)融合方案

概述

HPM6750 Combo 開發(fā)板是基于 HPM6754 RISC-V MCU 設(shè)計的高性能開發(fā)平臺，板載 4MB Flash，集成了 USB、SDIO WIFI、RGMII 三大網(wǎng)絡(luò)接口，支持從外置 XPI Octal Flash 啟動，為用戶提供一站式高性能外設(shè)功能與性能評估體驗。

核心特性

三網(wǎng)合一—— 同時支持 RGMII 有線以太網(wǎng)（~900Mbps）、SDIO WIFI（~100Mbps）、USB 4G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)，三路獨立運行，互不干擾

XPI Octal Flash 啟動—— 板載 XPI0/XPI1 8線接口，支持從外置 Octal Flash 啟動代碼，8線模式最高頻率 133MHz，DDR 傳輸，相比傳統(tǒng) 4線 Flash 帶寬翻倍

雙 USB 接口—— 內(nèi)置高速 PHY，USB0/USB1 均支持 Device 和 Host 模式，基于 CherryUSB 協(xié)議棧，可根據(jù)應(yīng)用場景靈活配置

WIFI 高速無線—— AP6256 模塊，SDIO 接口，2.4G/5G 雙頻，實測 TCP 速率可達 90Mbps 以上

RGMII 千兆有線—— 基于 RTL8211F PHY，實測 TCP 速率可達 900Mbps

多網(wǎng)融合架構(gòu)

三路網(wǎng)口均通過 lwIP 協(xié)議棧統(tǒng)一管理，各自獨立 MAC/IP，支持 ping、iperf 等網(wǎng)絡(luò)性能測試。用戶可通過-S選項指定網(wǎng)卡進行定向通信。

性能實測

WIFI iperf TCP 吞吐測試：

RGMII iperf TCP 吞吐測試：

典型應(yīng)用場景

• 工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)（有線+無線+蜂窩多網(wǎng)冗余）
• 需要靈活網(wǎng)絡(luò)接入的嵌入式設(shè)備
• 多網(wǎng)融合通信終端

2. 八層硬件合成：基于 HPM6800 的多圖層儀表盤方案

概述

本方案基于 HPM6800EVK 平臺的 LCDC（LCD 控制器）8 層硬件合成能力，結(jié)合 LVGL、FreeRTOS 與 PDMA，實現(xiàn)了一套面向車載數(shù)字儀表的八圖層 Dashboard演示工程。與傳統(tǒng)"整屏重繪"方案不同，本方案將儀表盤拆分為 1 個全屏基礎(chǔ)層 + 7 個局部硬件疊加層，高頻動畫元素獨立成層，大幅降低無效刷新面積與內(nèi)存帶寬壓力。

核心原理：硬件圖層合成

LCDC 支持最多 8 個硬件圖層，各層獨立幀緩沖、獨立刷新，最終由硬件按圖層順序進行 Alpha 混合輸出。這意味著：

• 局部變化不觸發(fā)全局重繪 —— 指針旋轉(zhuǎn)只刷新指針?biāo)谛D層
• 各層獨立幀率 —— 背景層幾乎不刷新，指針層可按 60fps 獨立更新
• 透明疊加 —— 各子層采用 ARGB8888 格式 + src_over 混合模式

效果動圖：

注：以下動圖僅作效果演示，幀率受 GIF 錄制影響，不代表實際運行性能。

八圖層劃分

渲染鏈路

LVGL 繪制 → PDMA 臟區(qū)搬運 → D-Cache 同步 → LCDC 硬件合成 → 顯示輸出

• 主層 Direct Render：LVGL 直接在全屏 buffer 上組織畫面，PDMA 僅搬運臟區(qū)域到 LCDC 掃描緩沖，減少 CPU 逐像素拷貝
• 子層 Full Render：子層面積小，整層重繪成本可控，flush 時直接切換雙緩沖
• 三緩沖設(shè)計：主層采用 3 組全屏緩沖（2 組繪制 + 1 組掃描），兼顧性能與顯示穩(wěn)定性

方案價值

• 降低無效像素搬運：高頻動畫僅占用對應(yīng)子層極小帶寬
• 提升動畫流暢度：各層獨立刷新，無互相干擾
• 便于擴展維護：顯示問題可按層定位，新增動態(tài)控件只需增加子層
• 適用場景：車載儀表盤、智能座艙 HMI、工業(yè) HMI 等大分辨率顯示場景

3. 顯控一體：EtherCAT 主站電機控制方案

概述

本方案基于 HPM6800EVK 平臺，融合開源 CherryECAT 主站協(xié)議棧與 LVGL 圖形界面，實現(xiàn)了一套EtherCAT 主站 + 觸摸屏顯控一體的電機控制解決方案。方案支持 CIA402 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（CSP/CSV 模式），配合實時波形顯示與觸摸交互，為工業(yè)運動控制提供"一站式"開發(fā)參考。

核心特性

EtherCAT 主站

• 基于 CherryECAT 開源協(xié)議棧，異步隊列式傳輸，單次可攜帶多個 Datagram
• 零拷貝技術(shù)：直接使用 ENET 收發(fā)緩沖區(qū)，減少內(nèi)存復(fù)制
• 支持熱插拔與從站自動掃描
• 分布式時鐘（DC）同步

CIA402 電機控制

• 支持 CSP（位置控制模式）、CSV（速度控制模式）
• 多臺從站設(shè)備切換控制
• 位置/速度/狀態(tài)實時反饋

LVGL 觸控界面

• 弧形滑塊調(diào)節(jié)目標(biāo)速度/位置
• Chart 圖表實時顯示運動曲線（期望值 vs 實際值雙色對比）
• 啟動/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)快捷操作按鈕
• 設(shè)備列表與狀態(tài)實時顯示

系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)啟動后可自動掃描 EtherCAT 總線上的伺服驅(qū)動器，在觸摸屏上呈現(xiàn)完整的設(shè)備信息與控制界面。波形圖實時繪制電機運動軌跡，期望值與實際值以不同顏色疊加顯示，方便調(diào)試與性能分析。

典型應(yīng)用場景

• 工業(yè)機器人運動控制器快速原型
• 多軸伺服系統(tǒng)顯控一體終端
• CNC/包裝/印刷等領(lǐng)域的 EtherCAT 主站評估

4. 多軸隨動：HPM6E00 機器人伺服驅(qū)動方案（ROBOT3.0）

在工業(yè)多軸運動控制中，如何用一顆 MCU 同時搞定 EtherCAT 從站通信、高精度電機控制與實時調(diào)試？HPM6E_ROBOT_SERVO3.0 給出了答案。

概述

本方案基于先楫HPM6E00 系列 RISC-V MCU，采用自研閉環(huán)步進電機算法庫，提供了一套完整的閉環(huán)步進伺服驅(qū)動參考實現(xiàn)。

HPM6E00 芯片為運動控制場景深度定制：內(nèi)置 3 端口 EtherCAT 從站控制器（ESC），支持多設(shè)備級聯(lián)；16 通道高分辨率 PWM、4 通道 Sigma-Delta 信號接收單元、16 路 16 位 ADC，以及 PLB 可編程邏輯模塊，將原本需要多顆芯片協(xié)同的功能集成于一身。

方案關(guān)鍵指標(biāo)：輸入電壓 24V，最大輸出電流 13A，最高轉(zhuǎn)速 900rpm。開放電機調(diào)整參數(shù)與核心函數(shù)接口，方便用戶針對不同規(guī)格電機快速適配。

硬件平臺

方案以達妙 DM-J6006-2EC作為示例電機，主要接口如下：

電機接線關(guān)系與電氣參數(shù)：

核心功能

EtherCAT 從站與 CIA402 協(xié)議

• 基于內(nèi)置 ESC 實現(xiàn) EtherCAT 從站通信，支持 CSP（位置控制）、CSV（速度控制）兩種模式
• 支持 FoE（File over EtherCAT）固件升級，現(xiàn)場即可更新固件，無需額外燒錄工具

閉環(huán)步進控制算法

• 先楫自研閉環(huán)算法，以步進電機的成本實現(xiàn)接近伺服的動態(tài)性能
• 電流環(huán)參數(shù)自動整定：在線辨識 PI 參數(shù)，無需手動調(diào)參
• 慣量辨識：自動辨識負載慣量，優(yōu)化加速與制動響應(yīng)
• 3P3Z 前饋控制：提升速度環(huán)帶寬，增強抗擾動能力

完善的系統(tǒng)保護

• 硬件過流保護、過壓/欠壓保護、飛車保護，確保設(shè)備長期穩(wěn)定運行

HPM Monitor Studio 實時調(diào)試

• 通過 UART 連接上位機，以波形方式實時監(jiān)測和調(diào)整控制變量，顯著提升調(diào)試效率

典型應(yīng)用場景

• 工業(yè)機器人多軸關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動
• 多軸協(xié)同運動控制（級聯(lián) EtherCAT 從站）
• 需要現(xiàn)場固件升級與遠程調(diào)試的分布式驅(qū)動節(jié)點

5. 協(xié)議互通：EtherCAT-CAN 網(wǎng)關(guān)全鏈路通信方案

概述

本方案由三個協(xié)同模塊組成，實現(xiàn)了從EtherCAT 主站 → ECAT-CAN 網(wǎng)關(guān) → CAN 終端設(shè)備的完整協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)互通鏈路，為先楫 MCU 在工業(yè)現(xiàn)場總線融合場景提供端到端的參考實現(xiàn)。

系統(tǒng)組成

主站模塊（Gateway ECAT Master）—— HPM6E00 Full Port 硬件平臺

• 基于 CherryECAT 主站協(xié)議棧
• 3.5 寸 LCD 屏幕顯示通信狀態(tài)
• 支持 Trigger（按鍵觸發(fā)）和 Cycle（周期循環(huán)）兩種發(fā)送模式
• 可配置 CAN 參數(shù)：波特率（10k~1M）、幀模式（標(biāo)準(zhǔn)/擴展）、數(shù)據(jù)幀/遠程幀
• 實時顯示發(fā)送/接收幀數(shù)、數(shù)據(jù)內(nèi)容

網(wǎng)關(guān)模塊（Gateway ECAT2CAN）—— HPM6E00EVK 平臺

• 基于 ETG 5001.5000 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)關(guān)協(xié)議，實現(xiàn) EtherCAT 報文與 CAN 報文雙向轉(zhuǎn)換
• 支持 Module Slot 方式動態(tài)修改 PDO 映射
• 通過 CoE（CANopen over EtherCAT）對象字典配置 CAN 波特率、發(fā)送模式
• 支持標(biāo)準(zhǔn)幀/擴展幀/遠程幀/數(shù)據(jù)幀全類型轉(zhuǎn)換

CAN 終端設(shè)備（Gateway Device）—— HPM5E00EVK 平臺

• 接收 ECAT 主站經(jīng)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換后的 CAN 報文
• 數(shù)碼管實時顯示接收報文數(shù)量
• 通過按鍵將當(dāng)前計數(shù)值以 CAN 報文回傳至主站
• 支持 USB Shell 命令行調(diào)試

通信流程

1. 主站上電后掃描并配置從站（網(wǎng)關(guān)），進入 OP 狀態(tài)
2. 主站通過 Trigger 或 Cycle 模式發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為 CAN 幀發(fā)送至終端設(shè)備
3. 終端設(shè)備數(shù)碼管實時累加顯示接收幀數(shù)
4. 按下終端設(shè)備按鍵，當(dāng)前計數(shù)值以 CAN 幀回傳網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為 ECAT 報文上報主站
5. 主站 LCD 同步顯示回傳數(shù)據(jù)，兩端數(shù)據(jù)一致

核心指標(biāo)

典型應(yīng)用場景

• 工業(yè)現(xiàn)場 EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng) CAN 設(shè)備互聯(lián)
• 老舊 CAN 設(shè)備接入 EtherCAT 總線系統(tǒng)
• 分布式 CAN 節(jié)點數(shù)據(jù)匯集與上報

6. 巧用硬交換：基于 TSN 交換引擎的多端口以太網(wǎng)通信方案

概述

本方案基于 HPM6E 系列 MCU 內(nèi)部集成的 TSN 硬件交換引擎（TSW），巧妙地使用 ENET 外設(shè)代替 TSW 的內(nèi)部 CPU PORT，構(gòu)建了一個支持千兆線速交換的多端口以太網(wǎng)通信系統(tǒng)。

方案的核心設(shè)計在于：TSW 共有 P1、P2、P3 三個外部端口，其中 P1/P2 經(jīng) PHY 引出作為對外網(wǎng)口，P3 端口則通過板上電阻直連到 MCU 的 ENET MAC，將 ENET 作為內(nèi)部的"CPU 端口"使用。這樣既保留了 TSW 的硬件二層交換能力，又規(guī)避了內(nèi)部 CPU PORT 的性能瓶頸，實現(xiàn)了真正的千兆級 CPU 接入。

核心原理：為什么用外部 P3 代替內(nèi)部 CPU PORT？

TSN 交換模塊通常提供一個內(nèi)部 CPU PORT 用于與 MCU 交互數(shù)據(jù)，但該內(nèi)部端口存在速率受限的問題。本方案另辟蹊徑：

• TSW P3 → 電阻直連 → ENET MAC：借助外部 TSW 端口（P3）通過物理連線接入 ENET，以 ENET 作為 CPU 側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口
• TSW P1/P2 之間實現(xiàn)純硬件二層線速轉(zhuǎn)發(fā)，CPU 完全不參與數(shù)據(jù)面交換
• 需要 CPU 處理的幀（匹配本機 MAC 或廣播幀）由 TSW 轉(zhuǎn)發(fā)至 P3，經(jīng) ENET 進入 lwIP 協(xié)議棧

硬件編號說明（見上板圖）：

雙模式組網(wǎng)

單網(wǎng)卡模式—— 設(shè)備對外呈現(xiàn)單一網(wǎng)絡(luò)身份

• 一套獨立 MAC/IP，兩個對外端口均可通信
• P1/P2 之間硬件交換，適用于設(shè)備串聯(lián)組網(wǎng)，無需外部交換機

雙網(wǎng)卡模式—— 設(shè)備對外呈現(xiàn)兩個獨立網(wǎng)絡(luò)身份

• 兩套獨立 MAC/IP，各自綁定一個對外端口
• 適用于網(wǎng)絡(luò)隔離場景（如內(nèi)外網(wǎng)分離），各端口獨立子網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)

核心特性

• 千兆線速交換：P1/P2 之間硬件二層轉(zhuǎn)發(fā)，不占 CPU 帶寬；TSW 與 ENET 均工作于 RGMII 模式，P3-ENET 鏈路同樣為千兆
• 10/100/1000M 自適應(yīng)：自動協(xié)商速率，千兆時關(guān)閉存儲轉(zhuǎn)發(fā)以降低延遲，百兆以下開啟存儲轉(zhuǎn)發(fā)
• FreeRTOS + lwIP：支持多任務(wù)并發(fā)，TCP/UDP Echo 測試驗證
• SSD1306 OLED 顯示：板載 OLED，集成 U8G2 圖形庫，默認(rèn)顯示 HPM Logo
• USB Shell 命令行：支持交互式調(diào)試與配置

典型應(yīng)用場景

• 工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)/線形拓撲中的交換節(jié)點
• 需要網(wǎng)絡(luò)隔離的嵌入式網(wǎng)關(guān)（雙網(wǎng)卡模式）
• 以極低成本替代獨立交換機芯片的通信終端

完結(jié)

在使用過程中有任何疑問或者建議，歡迎在 github 對應(yīng)項目中提交。