简 介

先楫半导体为客户提供了480MHz - 1GHz的不同主频高性能MCU，适用于不同高算力、实时控制要求的场合。在电机、电源应用场合，需要us级响应和运算，对响应时间的一致性、快速性都有非常高的要求。随着MCU主频提高，MCU的存储方式和总线频率也更加多样化，先楫MCU中内部有ILM、DLM、AXI_SRAM、flash等多种存储空间，但同时不同存储需要的时钟也不同，给软件工程师设计带来很大困扰。先楫在官网已经提供了优化DSP和FFT运算、使用片上SRAM等相关应用文档。

本文重点简述基于电机、电源应用的具体代码优化方案。

1、ILM程序优化

以下展示的是HPM6280的系统框图

CPU内部包含了ILM、DLM、cache，这些内存都可达 600Mhz主频。AXI总线上有AXI_SRAM和ILM_SLV、DLM_SLV，访问频率可达200MHz，总线宽度64bit，可以cache缓存。XPI接口为QSPI总线，最高频率133Mhz，双沿采样，通常只有4bit宽度。其中AHB总线还有32kbyte SRAM，但主要用于外设存储，这里不做赘述。

实际应用中程序都会放到flash中存储，而XPI的接口速度极大限制了代码执行效率。此外，由于XPI接口是可以cache缓存，导致XPI执行时cache命中和没有命中的运行时间差别非常大，代码一致性很差。为了方便客户使用，可以生成工程时选用debug/release模式，指定程序在ILM中执行。随后通过先楫manufacture tool可以实现镜像功能，即生成在从FLASH 加载的RAM启动镜像。通过这种方式实现代码完全在ILM中执行。

镜像助手可将SDK中的debug/release 构建的应用转化为FLASH启动镜像。

关键参数:

• 固件首地址相对容器首地址偏移

• 加载地址

• 入口点地址

2、SEGGER编译优化在AXI_RAM执行

由于ILM空间限制，很多电源或电机复杂应用无法将程序全部放到ILM中执行，会导致因读取存储速度限制了CPU算力。 

HPM6200、HPM6E00系列在AXI总线的大容量SRAM可以配置成程序存储，其中HPM6260、HPM6E60还可以将CPU1的ILM、DLM配置到AXI总线上，基本满足了绝大部分应用。AXI RAM主频可达200Mhz，64bit位宽，有cache缓存，可以大大减少程序读取对CPU性能的影响。 

segger编译器可以自动生成flash加载到RAM的拷贝代码，只要在linker文件中配置相应特性，不需要额外修改flash拷贝代码。 

在linker文件中重新划分AXI RAM，增加代码区域。在软件中指定代码生成后存放区域。 

通过SDK GUI直接指定修改后的linker文件，即可实现代码在ILM+AXI RAM中执行。

代码指定区域可以通过SEEGER IDE批量指定文件或文件夹的程序放置区域，也可以在函数名前面增加函数宏定义。

3、GCC编译优化在AXI_RAM执行

先楫产品支持Andes加速指令，可以加速三角函数、指数运算等复杂运行速度，但同时需要GCC编译器支持。 

在linker文件中重新划分AXI RAM，增加代码区域。在软件中指定代码生成后存放区域。

与segger编译器不同，GCC编译需要增加额外代码实现flash加载到RAM的拷贝，需要修改相应的reset.c文件。 

支持Andes加速指令需要引用hpm_math.h库文件，会调用libdspf.a、libdspd.a、libdsp.a等封装库。由于封装库非明文代码，无法通过常规方法指定代码存放区域，导致调用该代码时会因代码放置在flash降低整体执行速度。需要在linker文件中额外配置响应代码区域分配。 

GCC编译后无法像segger一样编译后通过图形显示生成代码的占有率，且map文件阅读性差。对gcc编译的map文件需要引用AMAP.EXE工具。

GCC编译需要增加额外代码实现flash加载到RAM的拷贝，相应代码位于 SOC/HPM6XXX/TOOLCHAINS/GCC/reset.c 中。

在reset.c中函数c_startup实现flash到RAM程序的拷贝。 

程序运行时，会以start.s开始，进入main函数之前先调用c_startup 函数完成程序搬移，在客户的应用代码中不会因程序放置位置不同而增加额外操作。

4、优化小知识

segger编译器会将所有常数默认为定点数，即使该常数为小数，也需要在对应常数前加强制浮点转换或者在常数后面加“f”做说明。 

函数的inline定义在optimization level=0时是无效的，需要把优化等级设为1或更高。 

建议将常用函数或变量通过attribute属性定义到“.fast”和“.fast_ram”。 

先楫MCU为多总线系统，当CPU读写外设时会有时钟同步问题，建议在配置外设时尽量提高外设频率，减少时钟同步延迟。 

HPM6260以及HPM6E60可以通过ILM_SLV、DLM_SLV接口可以将CPU1的内部存储作为AXI_RAM使用。

在科技日新月异的今天，精准定位与姿态感知技术已成为众多领域不可或缺的一部分。IMU（Inertial Measurement Unit，惯性测量单元）产品，以其高精度、高稳定性的特点，不仅应用于高科技领域如航空航天、机器人与运动分析、自动驾驶与无人系统等，还深入到了我们的日常生活如智能手机、VR/AR体验等。无锡凌思科技有限公司（以下简称“凌思科技”）推出的内嵌上海先楫半导体科技有限公司（以下简称“先楫半导体”）运动控制MCU HPM5300系列芯片的高性能惯性测量单元——LINS620，具备体积小、重量轻、抗震性及抗过载能力强的特点。LINS620内置三轴陀螺仪和三轴加速度计，稳定运行中的陀螺仪零偏为0.8°/h（Allan），加速度计零偏为20ug（Allan），用于载体的精确导航、控制和动态测量，并采用高精度MEMS惯性器件，具备高可靠性和高硬度，在恶劣环境下仍能准确测量移动载体的角速度和加速度。

凌思科技作为一家集数据、软件、服务于一体的传感系统集成商，坚持做中国最好的IMU产品。先楫芯片以其高性能、低功耗、丰富的接口和强大的模拟性能等特点，为我们的IMU产品提供了很好的支持，让我们的IMU产品在导航、定位和控制领域具有更高的竞争力，为客户提供更优质的使用体验。

——凌思科技创始人，赵 炜

我们很高兴看到先楫芯片与凌思科技IMU产品实现了完美的结合。凌思科技在国内MEMS惯性测量组件的研发及生产方面有着领先的技术和实力，先楫HPM5300芯片的高性能运动控制能力与IMU的精准定位追踪能力进行创新性的融合，为智能系统注入了更强大的智慧和感知能力。

——先楫半导体执行副总裁 市场销售，陈 丹（Danny Chen）

LINS620高性能惯性测量单元

方案特点：

• 三轴陀螺仪，量程 ±450°/s

• 三轴加速度计，量程 ±20g

• 高带宽 200Hz

• 工厂内部零偏温度补偿，线性度，交叉轴误差校准

• 温度补偿范围：−40°C ～ +85°C

• 通讯接口：RS422

• 内置温度传感器

• 电源供电范围: 5V

• 抗震性：2000g

体积小、重量轻：

机械尺寸图 (单位: mm)

不仅研发技术过硬，凌思科技还具备规模量产的产能，可量产产品20000套/月，在无锡配备1500平米的新厂房并且在新建成的江西九江生产基地，年产量可达50万套。目前已量产十多款产品，包含这款最新的内嵌 HPM5300芯片的 LINS620高性能惯性测量单元。

凌思科技研发团队表示，该款IMU产品在选用先楫半导体HPM5300系列芯片时，主要考虑到这款芯片具备以下优势，能够满足IMU产品的实际需求，并提升产品的整体性能和竞争力。

• HPM5300具备高算力、高稳定性，可以支撑IMU产品测量的精度和可靠性。
  

• 高效率的数据处理能力以及低功耗，以延长设备的使用时间。

• 高集成度和较小的封装，更利于集成到IMU设备中。

• 有较好的兼容性与可扩展性，以适应未来IMU产品升级和功能拓展的需求。

最后，HPM5300系列有较高的性价比，并且先楫企业能够提供AEC-Q100 认证及其他相关的资质保障，以确保产品及供应链的安全稳定。

运动控制MCU HPM5300

HPM5300系列是先楫半导于2023年中发布的一款高性能运动控制MCU，支持双精度浮点运算及强大的DSP扩展，主频480MHz，达到甚至超越国际主流高性能MCU产品，满足大多数应用场景下的开发需求。主控芯片主频不够不再是限制运控能力的瓶颈，HPM5300系列能够做到高速运算，同时提升带宽，高带宽带来更快的指令响应时间，配合HPM5300独有的自主知识产品“高精度位置传感器系统”，支持主流多种类位置传感器，为运动控制带来独特的体验。

随着近年来人工智能、物联网、5G等前沿科技的不断发展，传感器市场需求逐步增长。在惯性传感器产品中，IMU市场份额最大。根据芯谋研究，2022年国内IMU市场规模达到43.1亿元，预计2027年达到75.5亿元，年均复合增长率达11.9%。市场蓬勃发展，展现无限商机。先楫半导体将继续携手凌思科技推出更多的高性能IMU系列，期待让全球客户都用上内嵌先楫芯片的中国设计生产制造的MEMS惯导产品。

末端执行器作为整个自动化领域的核心所在，承载着精准抓取、稳定操作以及高效执行各种任务的重要职责。苏州钧舵机器人有限公司推出的搭载先楫半导体HPM6200系列高性能MCU芯片的LRA系列直线旋转执行器（ZR轴）凭借其精确力控补偿、软着陆算法、恒力磁性弹簧技术以及高精度光编技术等多项创新技术，为半导体封测、芯片贴装、3C精密装配等行业提供强大支持。

钧舵机器人CEO 介党阳博士表示：“钧舵LRA系列直线旋转执行器以其卓越的产品质量和高效的客户服务赢得了3C、半导体等行业标杆企业的青睐。先楫以高性能MCU产品和全方位的技术服务，极大的加速了我们高性能驱动器的开发，显著增强了LRA系列的整体解决方案。这一创新不仅提高了产品节拍，提升了力控精度，还简化了调试流程，从而为客户带来了更高的价值。”

先楫半导体执行副总裁 市场销售，陈丹 （Danny Chen）表示：“末端执行器是智能制造自动化的核心设备，先楫半导体对MCU在高性能伺服驱动器的应用有深刻的理解和丰富的经验，我们推出的HPM6200系列芯片以其高算力和精准控制力等优点助力钧舵机器人开发出行业领先的LRA系列产品。我期待与更多的像钧舵这样有丰富的行业经验和技术积累的伙伴合作，赋能中国乃至全球的机器人自动化行业。”

钧舵机器人的驱动器解决方案基于 HPM6200 系列高性能多核处理器，专门满足半导体行业在高节拍、高精度Z轴、高精度力控以及高稳定性等方面有严格要求。该方案采用新一代的氮化镓 (GaN) 作为核心驱动，结合 HPM6200 系列的皮秒级高精度定时器和卓越计算性能，大幅提升了电流环带宽并降低电流纹波。双核架构设计使一核运行 RTOS 来处理应用和通信，另一核通过裸机协程控制电机，实现 100kHz 以上的高频率驱控合一。高实时性通信和高频电机控制互不干扰，在单芯片上实现最优的解耦，使 EtherCAT 通信周期在低于 100 微秒间隔的情况下保持极低抖动，完全不影响控制带宽。

钧舵机器人LRA系列产品操作演示

钧舵LRA直线旋转执行器系列自研驱动器方案优势

1. 先进的硬件技术：钧舵机器人的驱动器采用了最先进的氮化镓 (GaN) 半导体技术和 600MHz 主频的双核处理器，在提升功率的同时减小体积，降低电流纹波，显著提高性能和实时性。这种硬件组合使其在性能和成本效益方面均优于其他解决方案。

2. 尖端软件算法：通过引入先进的阻抗和导纳控制算法，实现精准的力控、快速响应和出色的稳定性，相比传统的软着陆技术表现更为卓越，在复杂的动态应用场景中具有更优性能。

3. 专属监控功能与精准适配：钧舵公司所有产品本体的智能芯片提供绝对值信息、温度监控和各种安全报警，并采用专属通信协议以无缝连接到驱动器实时获取其监控数据，进一步提高系统的安全性和稳定性，在温度变化条件下确保最佳的力控精度。

4. 针对性设计与定制功能：驱动器针对半导体和 3C 末端任务特别设计，具备多种定制功能，包括高级力控算法，确保与 LA 和 LRA 本体的完美兼容，为特定应用场景提供最佳解决方案。

钧舵的LRA系列产品采用了差异化的技术路线，能够满足行业的精密制造需求，具备产品可靠性和工艺稳定性的优势。如此精妙的末端执行器，承载的是来自先楫半导体精心打造的高性能芯片解决方案。

主打精准控制

先楫半导体HPM6200系列

• HPM6200系列高性能MCU是先楫半导体于2023年初推出的一款高性能、高实时、混合信号、双RISC-V内核微控制器。

• HPM6200系列主频600MHz，共有12产品型号，包括单核和双核产品，已量产144 eLQFP 及116 BGA两种封装，并即将推出100 eLQFP封装，有内置闪存（4MB）和无内置闪存选项，提供100ps高分辨率的PWM输出模块，用于复杂信号生成的可编程逻辑阵列PLA，在工业和汽车应用中实现数字电源和高性能电机控制具备显著优势。HPM6200 全线产品通过AEC-Q100 认证，工作温度在-40℃-105℃范围内。

• HPM6200系列具备100ps的高分辨率PWM、16bit ADC以及可编程逻辑阵列PLA，可以为新型的电源系统建设带来诸多可能。其中，100ps高精度PWM可以提高电源变换器的效率、功率密度及性价比。可单芯片实现多种电源拓扑和单芯片实现多轴电机控制;16位ADC可提高电流、电压等信号的采样精度。PLA可实现丰富、多逻辑的保护，并能独立于CPU运行，大大提高了产品的稳定性。

• 模拟技术往往是传统MCU公司的短板，而先楫HPM6200系列拥有3路16位ADC，可以支持2MHz的采样率，同时具备4通道Ʃ-Δ数字滤波;精准控制方面，HPM6200系列100 ps的PWM达到世界一流水平的调制精度，4组独立PWM可实现多路马达控制。

展望未来，高端智能制造将持续引领全球制造业的转型升级。我们相信，会有更多的应用场景需要用到电动智能运动控制模组。先楫半导体将携手钧舵机器人打造更多高效、智能、绿色的制造解决方案，共创智能制造的美好未来！

2024年3月28日，上海 - 国产高性能微控制器厂商上海先楫半导体科技有限公司（先楫半导体，HPMicro）携手生态合作伙伴芯原、立功科技、顺微电子和科宇盛达，于上海浦东成功举办《先楫HPM6800生态及技术研讨会》。本次研讨会聚焦高性能微控制器HPM6800的产品特性及应用解决方案，吸引了众多企业代表及研发工程师前来参加。

研讨会开始，先楫半导体创始人及CEO 曾劲涛，就先楫的产品规划及对HPM6800系列产品的市场展望进行了分享。“随着科技的不断发展，市场对MCU性能的要求越来越高，MCU现在已经能够取代部分FPGA、MPU的功能，在电机及仪表市场实现单芯片驱动的SOC系统级解决方案。先楫的高性能MCU系列产品正是迎合了这一市场大趋势应运而生。”

先楫半导体嵌入式专家及产品总监 费振东，分享了HPM6800系列产品特性及优势。该系列产品结合主频600MHz RISC-V CPU内核，算力高达1710DMIPS，采用了芯原的高性能2.5D OpenVG GPU，支持OpenVG Lite图形库和2D图形加速PDMA，内置1MB RAM，支持DDR2/DDR3/DDR3L接口，集成2组 4 Lane MIPI-DSI/LVDS-Tx 显示接口和2组 2 Lane MIPI-CSI/LVDS-Rx 摄像头接口，单芯片MCU开发简便，启动时间低至百毫秒，系统功耗低，赋予数字仪表显示和人机界面应用巨大的发展潜力。

合作伙伴分享

GPU产品副总裁 张慧明

芯原微电子（上海）股份有限公司

《芯原嵌入式GPU IP为汽车和工业MCU提供高性能图形处理能力》

研发经理 张云峰

广州立功科技股份有限公司

《基于HPM6800和AWTK的液晶仪表方案》

技术经理 范福昌

顺微电子科技（上海）有限公司

《基于HPM6800的汽车仪表系统级解决方案——含软件/硬件/图形》

技术经理 谭振华

深圳科宇盛达科技有限公司

《“突破视界，安全驾驶”——科宇盛达HPM6800流媒体后视镜方案介绍》

凭借卓越的产品性能和稳定的供货能力，先楫半导体的MCU产品已经成功应用于多个领域，包括工业自动化、光伏新能源、电力及轨道交通、汽车电子等。聚焦于仪表显示及HMI系统解决方案的HPM6800系列的发布，将为先楫的产品家族更增添光彩，巩固先楫半导体在MCU市场的竞争力。

展望未来，我们相信高性能MCU市场将持续保持持续增长态势。随着AI人工智能等技术的不断融合和创新，MCU将在更多领域发挥重要作用。先楫半导体将继续以市场需求为导向，加大研发投入，携手更多生态合作伙伴推出更多高性能、高可靠性的MCU产品解决方案，为行业客户提供更加优质的服务和支持。

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。