开发者分享 | HPM5E-EC-DEV：基于HPM5E00的EtherCAT开发板分享

 

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一名业余单片机爱好者，平时喜欢折腾各种开发板和新出的MCU。本职工作是一名软件工程师，日常主要从事软件应用开发，更多是和系统、应用打交道。相比工作里的软件世界，更喜欢在业余时间动手做一些硬件相关的小项目，既能学习新东西，也能保持对技术的好奇心。

 

前 言

今年五月，先楫半导体发布了新一代高性能EtherCAT运动控制MCU——HPM5E00。HPM5E00集成32位RISC-V内核，支持 RV32G（IMAFDC）通用指令集及位操作（B）、DSP（P）扩展，片内存储含 32 KB 指令/数据高速缓存 (I/D Cache)、共计256KB的零等待本地存储器 (ILM/DLM) 以及256KB通用SRAM，实测CoreMark 2712 分 @ 480 MHz（≈5.65 CoreMark/MHz）。它最突出的亮点在于实时以太网系统：集成EtherCAT从站控制器(ESC)，搭载千兆以太网MAC，支持RGMII/RMII/MII，可实现高速工业网络通信。这意味着，原本需要MCU+独立ESC芯片的方案，现在一颗MCU就能搞定，大大简化了硬件设计。作为一名对新技术毫无抵抗力的爱好者，我立刻锁定了它，遂决定设计一块板子，尝鲜这款新出内置ESC的国产MCU。

 

项目简介

HPM5E00 系列目前提供两种封装形式：BGA-196 和 eLQFP-100。考虑到业余条件的焊接水平，在开发板设计时选择了eLQFP-100封装的HPM5E31IPB1，以便于手工焊接和调试。

 

在设计过程中，主要参考了官方的 HPM5E00EVK 评估板，并在此基础上进行了功能精简与结构优化。该开发板的核心目标是 验证 EtherCAT功能，同时测试HPM5E00芯片集成的一些常用外设。

 

该板子的设计更注重简洁与实用性：

保留 EtherCAT P0/P1 接口 与 RGMII千兆以太网接口，便于直接开展工业以太网通信验证；

板载多种常用外设（1.14寸 LCD、蜂鸣器、DS18B20、USB OTG、CAN、串口），既可作为EtherCAT测试的辅助组件，也方便移植和运行其它的HPM SDK示例；

板子设计强调 紧凑、高效与实用，在保持核心功能完整的同时，提升实验与调试的便捷性。

 

最终形成的 HPM5E-EC-DEV 是一款面向EtherCAT入门评估的轻量级开发板，同时兼顾多外设验证与功能扩展，适用于入门学习、评估研究等场景。

 

项目开源地址
https://oshwhub.com/azure2024/hpm5e-ec-dev-public

 

 

 

硬件设计介绍

电源

 

开发板采用USB供电，板载两路DCDC降压电路（5V→3.3V、3V3→1.2V），分别为外设、MCU核心提供稳定电源。

 

EtherCAT 电路

 

参考HPM5E00EVK评估板，使用JL1111，去掉了不需要的兼容电路。

由于eLQFP-100封装HPM5E31IPB1把ECAT-P1与千兆RGMII部分引脚复用，eLQFP-100封装的EtherCAT与千兆网只能二选一（BGA-196 封装无此限制），因此板载两组8位拨码开关，用于硬件切换信号连接。

 

RGMII千兆以太网电路

 

参考HPM5E00EVK评估板，使用RTL8211。

 

USB-OTG 电路

 

参考HPM5E00EVK评估板，实现OTG主从识别、电源供给与过流保护，以及抗干扰与静电保护。

 

USB 转串口 CH340 电路

 

 

扩展IO

 

将未使用的GPIO引出，方便外部扩展开发。

 

其它外围电路

 

 

测试验证

主要基于官方HPM_SDK和HPM_APPS提供的例程进行验证。先楫提供的HPM_SDK完善易用，例程覆盖EtherCAT、千兆以太网、USB、CAN等常用外设，配合清晰的文档，使用起来非常顺手。即便是第一次接触先楫MCU，也能凭借官方SDK快速上手，现学现卖，轻松完成EtherCAT主/从站验证与高速网络测试。

 

综合测试（嵌入式web服务器）

 

通过USB虚拟网卡设备（RNDIS）与Mongoose网络库，实现了一个轻量级的嵌入式Web服务器。开发板通过USB连接PC后，会被识别为网络设备，上位机无需额外驱动即可通过浏览器访问嵌入式Web页面。

作为开发板的Web控制面板，可实时显示芯片温度、内存使用率等状态，并提供对板载外设的远程操作功能，LED灯开关、蜂鸣器控制等。这种方式不仅方便演示板载外设功能，以此为基础还可以轻松扩展为更复杂的远程监控系统或人机交互界面（HMI）。

 

EtherCAT 从站测试

 

使用TwinCAT3软件作为EtherCAT主站。

使用Realtek RTL8168网卡（笔记本板载网卡），与官方HPM6E00EVK评估板进行串联通信测试。

ECAT-P1拨码全部拨到1，ETH-RGMII拨码全部拨到0。

 

EtherCAT 主站测试

 

作为主站（Master）的板卡，使用官方hpm_apps/ethercat_master例程，ECAT-P1拨码全部拨到0，ETH-RGMII拨码全部拨到1。

作为从站（Slave）的板卡，使用官方hpm_sdk/ethercat/ecat_io例程，ECAT-P1拨码全部拨到1，ETH-RGMII拨码全部拨到0。

 

千兆以太网测试

 

使用Intel I350网卡。测试前请关闭电脑防火墙，避免防火墙拦截导致测速异常。

ECAT-P1拨码全部拨到0，ETH-RGMII拨码全部拨到1。

 

测试结果 - TCP Server: 300 Mbps+

测试结果 - TCP Client: 640 Mbps+

测试结果 - UDP Server: 950 Mbps+

测试结果 - UDP Client: 760 Mbps+

 

 

总 结

HPM5E00作为先楫半导体推出的新一代高性能运动控制MCU，最大亮点在于将EtherCAT从站控制器（ESC）与千兆以太网MAC集成于单颗芯片，打破了传统“MCU+独立ESC芯片”的方案，不仅显著简化硬件设计，也让EtherCAT的应用门槛大幅降低。同时，它基于32位RISC-V内核，支持DSP扩展，内置Cache与大容量SRAM，实测CoreMark 2712 分 @ 480MHz，无论在实时性还是算力上都足以应对一般工业控制任务。在华秋商城BGA196封装零售仅34元，批量更低，HPM5E00完美展现了国产MCU的高集成度、强性能与低价格的优势。

 

 

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完

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以上内容来自先楫开发者的原创分享。

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心之所向，锐意进取，星辰大海，恣意成长。