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入EtherCAT從站產品設計。  

隨著人工智慧（AI）和機器人技術的不斷創新，工業自動化產業正邁向更高智慧和高效能的嶄新未來。EtherCAT 工業通訊技術以其高效能、超低延遲、高可靠性、精確的時間同步和低設置成本，成為現今工業乙太網路通訊技術的主流標準。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套件，快速導入高效能的EtherCAT從站解決方案，加速企業推展智慧工業自動化的進程。 

高速可靠且超低延遲的EtherCAT工業乙太網路晶片

EtherCAT工業乙太網路晶片以其獨特的「飛速傳輸」（Processing on the fly）數據交換機制，充分利用工業乙太網路的帶寬資源，大幅降低資料傳輸延遲至小於1微秒（us），從而確保工業自動化通訊的實時性和確定性。亞信電子推出一系列EtherCAT從站控制晶片，包括AX58100控制器、AX58200專用通訊SoC以及AX58400雙核微控制器，這些晶片皆已獲得 EtherCAT 技術協會（ETG）的認可，並正式列入ETG 協會網站的 EtherCAT 產品指南。

（圖一） ETG產品指南 － 亞信AX58x00系列EtherCAT從站控制晶片 

AX58400是一款高效能EtherCAT從站雙核微控制器，集成了意法半導體STM32H755雙核微控制器，擁有480MHz ARM Cortex-M7和240MHz Cortex-M4雙內核。其內建的EtherCAT從站控制器配備兩個高速乙太網路PHY。AX58400支援各種通訊/控制周邊介面，包括具有MII/RMII介面的10/100 Mbps高速乙太網路MAC、高速USB 2.0 OTG、LCD-TFT顯示控制器、DCMI數位攝像頭介面、JPEG硬體編解碼器，以及SPI、UART、I2C等，另外還支援AES/TDES/HASH/HMAC硬體加密引擎及ROP/PCROP/防篡改訊息安全技術。

（圖二） AX58400 EtherCAT從站雙核微控制器 

AX58400支援CoE、FoE、VoE等各種標準的EtherCAT通訊協定，適用於各種實時工業自動化控制應用，包括馬達與運動控制、數位/類比訊號I/O控制、感測器數據採集、機器人轉軸控制、EtherCAT轉IO-Link閘道器和EtherCAT Junction從站模組等。

（圖三） AX58400 EtherCAT從站典型產品應用 

簡便的EtherCAT從站開發套件

亞信電子提供多款AX58400 EtherCAT從站開發套件，包括馬達運動控制、數位/類比I/O控制以及EtherCAT轉IO-Link閘道器模組，幫助客戶加速前期評估及產品設計開發時程。這些開發套件內含詳細的產品設計資料與參考源代碼，包括產品數據手冊、電路圖、電路板佈線圖、軟硬體設計指南及軟韌體源代碼。

（圖四） AX58400 EtherCAT從站開發套件 

EtherCAT產品設計流程簡介

AX58400 EtherCAT從站雙核微控制器內建STM32H755雙核微控制器，並在馬達控制參考設計中結合了意法半導體的X-NUCLEO-IHM08M1 BLDC馬達驅動擴展板及STM32馬達控制軟體開發套件（MCSDK）來進行產品應用開發。因此，設計人員可以遵循以下軟硬體設計流程，使用亞信電子提供的AX58400 EtherCAT從站馬達控制開發套件，並搭配STM32開發工具（STM32 MC Workbench、STM32CubeMX、STM32CubeIDE和STM32CubeProgrammer），來完成AX58400馬達控制產品的設計開發。 

亞信電子也提供完整的AX58400 EtherCAT從站數位I/O控制開發套件，設計人員可依據此軟硬體設計流程，快速完成AX58400 EtherCAT從站I/O控制產品的開發設計。此外，亞信還提供整合了亞信自主研發IO-Link主站軟體協議棧的AX58400 EtherCAT 轉 IO-Link閘道器解決方案，可根據客戶需求提供相關技術支援服務。

Ÿ  硬體設計流程概述

亞信電子提供的AX58400 EtherCAT從站馬達控制開發套件包含完整的參考電路圖、PCB佈線圖和硬體設計指南。設計人員可以依據這些資料，迅速完成EtherCAT從站產品的硬體設計。此外，亞信電子的技術服務團隊還提供免費的電路圖和PCB佈線圖檢查服務，以協助客戶順利完成AX58400產品的硬體設計。AX58400 EtherCAT從站馬達控制產品的硬體設計流程如下，

a.   根據AX58400 EtherCAT從站馬達控制開發板的電路圖和硬體設計指南，完成AX58400設備的電路圖設計。

b.   參考AX58400 EtherCAT從站馬達控制開發板PCB佈線圖與硬體設計指南，進行AX58400設備的PCB佈線圖設計。

c.   可將新設計的AX58400設備電路圖與PCB佈線圖提交給亞信電子技術服務團隊進行檢查。

d.   進行AX58400設備的PCB板製作後，即可開始準備驗證新AX58400設備的硬體功能。 

（圖五） AX58400 EtherCAT從站馬達控制參考設計

（圖六） AX58400硬體設計參考電路圖&PCB佈線圖 

Ÿ  軟體設計流程概述

AX58400 EtherCAT從站馬達控制開發套件除了硬體設計參考資料外，還提供完整的軟韌體參考源代碼和軟體設計指南。設計人員可參考這些源代碼、設計指南及教學影片，快速架設AX58400開發環境。新的AX58400硬體設備製作完成後，即可在此環境中驗證功能，並根據產品應用需求修改和測試軟韌體源代碼。這些源代碼包括Bootloader、產品應用韌體和TwinCAT PLC應用程式。以下是AX58400 EtherCAT從站馬達控制產品的軟體設計流程，

a.   使用ARM KEIL MDK uVision 5開發工具編譯AX58400 Bootloader源代碼，然後通過STM32CubeProgrammer工具將其燒錄到AX58400硬體設備中。

b.   使用EtherCAT SSC工具生成EtherCAT SSC源代碼；通過STM32CubeIDE或ARM KEIL MDK uVision 5開發工具編譯AX58400 EtherCAT從站馬達控制韌體源代碼，再使用STM32CubeIDE或STM32CubeProgrammer工具將新編譯的韌體燒錄到AX58400硬體設備中。

c.   使用倍福（Beckhoff）TwinCAT 3 XAE開發工具創建一個新專案，載入並編譯AX58400 EtherCAT從站馬達控制TwinCAT PLC應用程式源代碼，執行該應用程式燒錄EEPROM，並開始驗證AX58400硬體設備功能。

d.   通過AX58400硬體設備功能驗證後，即可開始根據產品需求進行軟韌體源代碼的修改與測試。

（圖七） AX58400 EtherCAT從站開發工具

（圖八） AX58400馬達控制TwinCAT PLC應用程式

EtherCAT產品相容性測試

在完成新的EtherCAT從站設備功能驗證後，可以使用倍福的EtherCAT一致性測試工具（CTT）進行相容性測試，以確保產品設計符合標準的EtherCAT工業通訊協定。此CTT工具可以安裝在Windows電腦上當作EtherCAT主站，連接待測的EtherCAT從站設備並載入ESI檔，即可開始進行相容性測試。

（圖九） 倍福EtherCAT一致性測試工具 (CTT) 

結論

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套件，快速實現高效能EtherCAT從站產品的設計。透過詳細介紹AX58400的晶片特性、開發套件、硬體與軟體設計流程及產品相容性測試，我們希望能為工程師們提供清晰的產品設計思路，並期待未來有更多企業採用EtherCAT工業通訊技術，共同推動智慧工業自動化產業的蓬勃發展。