伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及加工中心等自动化设备。伺服驱动器按照供电电压的区分，有低压和高压伺服驱动之分，各自用在不同的场景应用，其中低压伺服驱动器有着其自身的优异特点。

低压伺服驱动器通过力矩、速度、位置三种方式对伺服电机进行精准控制，被广泛应用于低压供电场合、定位控制、移动供电场合等安装空间小、用电安全高的自动化应用场景中，如智能物流AGV驱动系统、风电变桨系统、人机协同的协作机器人、产线传送装置、通道闸门控制、抓取及搬运机械装置、雕刻机等。

其中，微控制器（MCU）作为电机驱动系统设计的控制核心，是系统整体性能与设计的关键所在。

上海先楫半导体科技有限公司（先楫半导体，HPMicro）的高性能MCU系列产品组合，不仅为伺服行业提供丰富的选择，也能够为客户提供专业的解决方案。其中，基于HPM6300的低压伺服驱动器应用方案，具有高性能、高可靠性、高性价比等优点，在不同温度、湿度、振动等工业环境中可实现稳定运行，主控MCU丰富外设接口支持伺服电机系统一体化设计。

HPM6300 低压伺服驱动器方案特点

• 采用先楫高性能、高实时性的微控制器HPM6300系列，主频高达 648MHz，Coremark 高达 3390，提高了伺服的响应特性。

• 利用HPM6300的 3个独立 16位ADC，可同时采集电机电流和母线电压进行快速采样，提高伺服的控制精度。

• 支持大容量本地存储，128KB ILM (0等待指令SRAM) 和128KB DLM (0等待数据SRAM)，提高代码或数据的访问速度，有助于实现快速电流环。

• 内置16位 FMEC接口，满足与外围FPGA或 EtherCAT从站芯片进行高效通信。

• 完整开源的的位置、速度、电流三环FOC源码，其中，电流环延时仅1.06us，有效缩短客户的产品开发时间，为 ”单芯片” 伺服提供可能性。

• 内置 CAN接口，支持 CANFD通讯。

• 内置 FFT/FIR协处理器，实现快速的FFT计算，对于电流、电压信号进行实时分析，助力电机预维护功能。

典型系统框图

HPM6300 系列 - 产品优势

【高性能CPU】

• RISC-V 内核，支持双精度浮点运算及强大的 DSP 扩展，主频高达 648MHz。

• 32KB 高速缓存 (I/D Cache) 和高达 256KB 的零等待指令和数据本地存储器 (ILM / DLM)，加上 512KB 通用SRAM。

• 内置快速傅里叶变换和数字滤波器硬件加速引擎，极大提升 FFT 和 FIR 的运算速度。

【高性能模拟资源】

• 3 个 2MSPS 16 位高精度 ADC，配置为 12 位精度时转换率可达 4MSPS，多达 24个模拟输入通道。

• 2个模拟比较器和 1个 1MSPS 12 位 DAC。

【片内资源丰富】

• 1 个百兆以太网，支持IEEE1588；1 个内置 PHY 的高速USB；2路CAN/CAN-FD；支持 9路 UART、 4路SPI、 4路I2C 等外设。

• 2 组共 16 路精度达 3.0ns 的 PWM。

【安全】

• 集成 AES-128/256, SHA-1/256 加速引擎和硬件密钥管理器。

• 基于芯片生命周期的安全管理，以及多种攻击的检测，进一步保护敏感信息。

概 述

2023年3月底，先楫半导体官方发布了新的hpm_sdk版本，相比上一次发布的版本，串口外设多了一个uart_hardware_rx_idle的sample。目前，这个硬件的空闲中断仅适用于HPM6200系列产品，而HPM6750/6400/6300系列的MCU只能使用 uart_software_rx_idle 通过软件利用额外的定时器实现空闲中断机制。

首先，我们简单介绍一下以上4个串口相关的sample：

（1） uart_dma：此demo 的串口均使用DMA掌管进行收发，判断收发完成只需要一次DMA传输完成中断，但只能定长收发，适用于固定长度的收发场景。此demo适用于先楫半导体所有MCU系列产品。

（2） uart_hardware_rx_idle：此demo 使用硬件空闲机制和DMA接收进行接收不定长。适合接收不定长数据的场景，但此demo仅适用先楫半导体HPM6200系列MCU产品。

（3）uart_irq：此demo 的串口均使用中断来进行收发，可适用于任何应用场景。中断进行接收带来的一个问题就是每接收一个字节就会进入一次中断，在数据量稍大的场景下会比较耗费中断次数。此demo适用于先楫半导体所有MCU系列产品。

（4）uart_software_rx_idle：此demo需要定时器的两个通道，并且互联到一个IO，这个IO需要接到串口的RX引脚。一个通道作为捕获RX引脚下降沿以此判断开始接收，另一个通道作为同步输入SYNC(触发会重置计数器)以此来判断接收完成。利用定时器来实现空闲机制实现接收不定长数据。在资源利用不紧张的情况下可以选择使用此demo，因为每个串口都需要定时器的两个通道作为辅助外设。此demo适用于先楫半导体所有MCU系列产品。

对于某些应用场合，比如接收不定长数据，有硬件空闲中断的支持，可以再配合DMA，用最小的中断损耗(只需要一次中断)以及最少的外设辅助(不需要定时器查询)实现接收不定长数据。

本文将探讨一种利用串口FIFO接收超时机制而不依赖额外定时器在HPM6700/6400/6300 产品系列上实现串口不定长数据接收。

实现方案

先楫半导体 HPM6700/6400/6300 产品系列串口特性如下：

先楫半导体所有产品系列的串口 FIFO都支持阈值触发中断，也就是FIFO存储到多少个字节认为一次有效数据进而触发中断。这样可以大大减少触发中断的次数，有了FIFO阈值中断，就可以在进入中断后，一次性把FIFO的所有数据取出来。

开发者可以在SDK中找到详细描述阈值范围的内容:

• 接收触发阈值为 0  (uart_rx_fifo_trg_not_empty)：代表RX FIFO不为空就一次触发中断。

• 接收触发阈值为 1  (uart_rx_fifo_trg_gt_one_quarter)：代表RX FIFO接收到超过FIFO的四分之一就触发一次中断。

• 接收触发阈值为 2  (uart_rx_fifo_trg_gt_half)：代表RX FIFO接收到超过FIFO的一半就触发一次中断。

• 接收触发阈值为 3  (uart_rx_fifo_trg_gt_three_quarters)：代表RX FIFO接收到超过FIFO的四分之三就触发一次中断。

有了FIFO阈值设置，先楫半导体MCU产品的串口还具备了FIFO timeout 的中断。

产生中断需要同时具备以下条件：

① 需要使能FIFO；

② RXFIFO里面需要存在至少一个字符；

③ RXFIFO在四个字符的时间再也没有收到新的字符。

结合以上特点可知，当接收阈值产生中断的时候，系统能够把接收到的数据从FIFO提取出来；当FIFO timeout中断触发时，系统能够在最后把接收的数据从FIFO提取出来。通过这种方式来实现一帧不定长数据的接收。

此外，开发者可以结合以下特征以及自己的应用开发需求来决定是否采用此方案：

1、相比单个字节接收，接收中断次数能减少10倍以上。比如接收1000个字节，单个字节接收需要进入1000次中断，而使用rx fifo阈值+fifo超时机制，只需要进入77次，相比减少12倍以上中断次数。

2、接收阈值中断和超时中断是一起使能触发的。

3、使用这种方式的话，接收无法配合DMA，但是发送可以使用DMA。

4、超时条件是四个字符时间。也就是在四个字符时间没收到新数据，则判断超时。

方案验证

结合以上的论述，我们开发一个sample进行验证。接收使用RX FIFO 和 FIFO timeout方式，发送则使用DMA。使用100到1000字节随机几组进行验证接收的中断次数。

对于RX FIFO 和 FIFO  timeout方式，代码配置如下:

中断进行提取FIFO的数据：

实验现象

通过本次实验结果可见相对于中断方式接收，采用本文提到的方案可以显著减少中断次数。本法在进行不定长大数据量传输的场景下尤为有利，假设接收1000个字节，单个字节中断需要产生1000次中断，而本文提到的方案在不使用其他额外定时器的条件下，只需要77次中断就可完成传输。

以上是针对先楫半导体HPM6700/6400/6300这三个系列的MCU产品操作串口外设的一种方式的介绍。在实际操作过程中，希望能带给各位开发者一点启发。

如果大家在开发过程中还有其他的思路或建议，欢迎到官方网站的 “先楫社区”