基于亚信AX58400 EtherCAT从站芯片产品设计

本文旨在介绍如何使用亚信电子的AX58400 EtherCAT从站双核微控制器快速导入EtherCAT从站产品设计。

随着人工智能（AI）和机器人技术的不断创新，工业自动化产业正迈向更高智能和高效能的崭新未来。EtherCAT工业通信技术以其高效能、超低延迟、高可靠性、精确的时间同步和低设置成本，成为现今工业以太网通信技术的主流标准。本文将阐述如何使用亚信电子（ASIX Electronics Corporation）的AX58400 EtherCAT从站双核微控制器开发套件，快速导入高效能的EtherCAT从站解决方案，加速企业推展智能工业自动化的进程。

高速可靠且超低延迟的EtherCAT工业以太网芯片

EtherCAT工业以太网芯片以其独特的「飞速传输」（Processing on the fly）数据交换机制，充分利用工业以太网的带宽资源，大幅降低资料传输延迟至小于1微秒（us），从而确保工业自动化通信的实时性和确定性。亚信电子推出一系列EtherCAT从站控制芯片，包括AX58100控制器、AX58200专用通信SoC以及AX58400双核微控制器，这些芯片皆已获得EtherCAT技术协会（ETG）的认可，并正式列入ETG协会网站的EtherCAT产品指南。

（图一）ETG产品指南 － 亚信AX58x00系列EtherCAT从站控制芯片

AX58400是一款高效能EtherCAT从站双核微控制器，集成了意法半导体STM32H755双核微控制器，拥有480MHz ARM Cortex-M7和240MHz Cortex-M4双内核。其内置的EtherCAT从站控制器配备两个百兆以太网PHY。AX58400支持各种通信/控制外围接口，包括具有MII/RMII接口的10/100 Mbps百兆以太网MAC、高速USB 2.0 OTG、LCD-TFT显示控制器、DCMI数码摄像头接口、JPEG硬件编解码器，以及SPI、UART、I2C等，另外还支持AES/TDES/HASH/HMAC硬件加密引擎及ROP/PCROP/防篡改信息安全技术。

（图二）AX58400 EtherCAT从站双核微控制器

AX58400支援CoE、FoE、VoE等各种标准的EtherCAT通信协议，适用于各种实时工业自动化控制应用，包括马达与运动控制、数字/模拟信号I/O控制、传感器数据采集、机器人转轴控制、EtherCAT转IO-Link网关和EtherCAT Junction从站模块等。

（图三）AX58400 EtherCAT从站典型产品应用

简便的EtherCAT从站开发套件

亚信电子提供多款AX58400 EtherCAT从站开发套件，包括马达运动控制、数字/模拟I/O控制以及EtherCAT转IO-Link网关模块，帮助客户加速前期评估及产品设计开发时程。这些开发套件内含详细的产品设计资料与参考源代码，包括产品数据手册、原理图、电路板布线图、软硬件设计指南及软固件源代码。

（图四）AX58400 EtherCAT从站开发套件

EtherCAT产品设计流程简介

AX58400 EtherCAT从站双核微控制器内置STM32H755双核微控制器，并在马达控制参考设计中结合了意法半导体的X-NUCLEO-IHM08M1 BLDC马达驱动扩展板及STM32马达控制软件开发套件（MCSDK）来进行产品应用开发。因此，设计人员可以遵循以下软硬件设计流程，使用亚信电子提供的AX58400 EtherCAT从站马达控制开发套件，并搭配STM32开发工具（STM32 MC Workbench、STM32CubeMX、STM32CubeIDE和STM32CubeProgrammer），来完成AX58400马达控制产品的设计开发。

亚信电子也提供完整的AX58400 EtherCAT从站数字I/O控制开发套件，设计人员可依据此软硬件设计流程，快速完成AX58400 EtherCAT从站I/O控制产品的开发设计。此外，亚信还提供整合了亚信自主研发IO-Link主站软件协议栈的AX58400 EtherCAT转 IO-Link网关解决方案，可根据客户需求提供相关技术支持服务。

硬件设计流程概述

亚信电子提供的AX58400 EtherCAT从站马达控制开发套件包含完整的参考原理图、PCB布线图和硬件设计指南。设计人员可以依据这些资料，迅速完成EtherCAT从站产品的硬件设计。此外，亚信电子的技术服务团队还提供免费的原理图和PCB布线图检查服务，以协助客户顺利完成AX58400产品的硬件设计。AX58400 EtherCAT从站马达控制产品的硬件设计流程如下，

根据AX58400 EtherCAT从站马达控制开发板的原理图和硬件设计指南，完成AX58400设备的原理图设计。

参考AX58400 EtherCAT从站马达控制开发板PCB布线图与硬件设计指南，进行AX58400设备的PCB布线图设计。

可将新设计的AX58400设备原理图与PCB布线图提交给亚信电子技术服务团队进行检查。

进行AX58400设备的PCB板制作后，即可开始准备验证新AX58400设备的硬体功能。

（图五）AX58400 EtherCAT从站马达控制参考设计

（图六）AX58400硬件设计参考原理图&PCB布线图

软件设计流程概述

AX58400 EtherCAT从站马达控制开发套件除了硬件设计参考资料外，还提供完整的软固件参考源代码和软件设计指南。设计人员可参考这些源代码、设计指南及教学视频，快速架设AX58400开发环境。新的AX58400设备制作完成后，即可在此环境中验证功能，并根据产品应用需求修改和测试软固件源代码。这些源代码包括Bootloader、产品应用固件和TwinCAT PLC应用程序。以下是AX58400 EtherCAT从站马达控制产品的软件设计流程，

使用ARM KEIL MDK uVision 5开发工具编译AX58400 Bootloader源代码，然后通过STM32CubeProgrammer工具将其烧录到AX58400设备中。

使用EtherCAT SSC工具生成EtherCAT SSC源代码；通过STM32CubeIDE或ARM KEIL MDK uVision 5开发工具编译AX58400 EtherCAT从站马达控制固件源代码，再使用STM32CubeIDE或STM32CubeProgrammer工具将新编译的固件烧录到AX58400设备中。

使用倍福（Beckhoff）TwinCAT 3 XAE开发工具创建一个新专案，载入并编译AX58400 EtherCAT从站马达控制TwinCAT PLC应用程序源代码，执行该应用程序烧录EEPROM，并开始验证AX58400设备功能。

通过AX58400设备功能验证后，即可开始根据产品需求进行软固件源代码的修改与测试。

（图七）AX58400 EtherCAT从站开发工具

（图八）AX58400马达控制TwinCAT PLC应用程序

EtherCAT产品兼容性测试

在完成新的EtherCAT从站设备功能验证后，可以使用倍福的EtherCAT一致性测试工具（CTT）进行兼容性测试，以确保产品设计符合标准的EtherCAT工业通信协议。此CTT工具可以安装在Windows计算机上作为EtherCAT主站，连接待测的EtherCAT从站设备并载入ESI文件，即可开始进行兼容性测试。

（图九）倍福EtherCAT一致性测试工具(CTT)

结论

本文探讨了如何使用亚信电子的AX58400 EtherCAT从站双核微控制器开发套件，快速实现高效能EtherCAT从站产品的设计。透过详细介绍AX58400的芯片特性、开发套件、硬件与软件设计流程及产品兼容性测试，我们希望能为工程师们提供清晰的产品设计思路，并期待未来有更多企业采用EtherCAT工业通信技术，共同推动智能工业自动化产业的蓬勃发展。

审核编辑 黄宇