国产集成PHY的EtherCAT芯片方芯FCE1353方案开发板介绍

方芯半导体FCE1353芯片介绍

FCE1353是方芯半导体推出的一款支持2/3端口的EtherCAT从站控制芯片，芯片资源包含：8KB双端口存储器 (DPRAM)）、8个SyncManager、8个现场总线内存管理单元 (FMMU) 和一个64位分布式时钟，芯片内部提供了两个集成的以太网PHY，每个PHY均提供全双工100BASE-TX收发功能，支持100Mbps运行。FCE1353设计功能完全对标微芯LAN9253，可以做到PIN-TO-PIN的原位替换，芯片的整体功能布局图如下：

FCE1353芯片内部框图 (图片来源：FCE1353_datasheet)

考虑到使用便利，基于FCE1353丰富的资源，方芯半导体开发了针对FCE1353不同类型的demo板用于客户测试评估。

FCE1353评估板介绍

FCE1353评估板配备两个RJ45连接器支持两个集成PHY，同时评估板上外挂一颗EEPROM芯片用于存储设备的描述信息和芯片初始配置，此EEPROM可以通过EtherCAT主站或者SSC烧录不同XML文件用于实现SPI、HBI或数字IO的PDI操作模式。评估板将外设接口全部引出，方便客户使用不同的MCU和外设与FCE1353进行数据通信。

FCE1353评估板

FCE1353评估板功能特点

FCE1353芯片内部集成两颗电流型PHY可节省成本与布线空间；

评估板部分走线一分二，支持HBI、SPI及16位数字IO的PDI操作模式，可通过两处开关实现切换，方便客户根据自己的情况进行配置和信号处理，芯片管脚数量减少可以有效降低板子的BOM数量，减少制造成本，同时开关的切换使用方便，可用跳线模式来实现；

1353评估板开关（图片来源：1353评估板原理图）

评估板卡可用于倍福EL9800/EL9820 EtherCAT评估平台的附加板，可以轻松集成到EL9800评估板上用于客户深入评估FCE1353的各种性能。

倍福EL9820评估平台（图片来源：倍福官网）

适配EL9820的PDI接口（图片来源：1353评估板原理图）

FCE1353与MCU应用开发板介绍

FCE1353与MCU应用开发板集成了一颗FCE1353和一颗MCU（STM32F407ZGT6）芯片，外加一颗EEPROM芯片作为存储设备描述信息的架构。EEPROM通过I2C与FCE1353进行通信，开发板通过两颗板载的RJ45连接器连接到FCE1353内部双集成PHY，以实现主站与FCE1353的数据通信或者与其他EtherCAT芯片的拓扑级联通信。STM32F407ZGT6微控制器（MCU）可以通过SPI/HBI接口（基于EEPROM内xml文件的配置）与FCE1353芯片连接可以实现高速的HBI通信或者市面上比较主流的SPI通信，基于MCU引脚的扩展，整个开发板可以支持8位数字量输入/8位数字输出与2位模拟量输入输出，MCU通过外接SP3485芯片支持RS485总线级联扩展，可以将此开发板用来实现EtherCAT和RS485的协议转换。

FCE1353与MCU应用开发板介绍

FCE1353与MCU应用开发板功能特点

开发板电源部分采用一颗AMS1117-3V3外部LDO芯片，支持5V DC供电，可选排针与DC接头两种方式，方便客户在不同的电源电压间选择选择；

开发板电源（图片来源：FCE1353与STM32F407应用开发板原理图）

FCE1353与MCU之间使用多路复用地址/数据总线（HBI）或者SPI接口连接，使用HBI总线时支持8/16位总线宽度，可实现高效的数据传输；通过MCU扩展IO实现8位数字输入、8位数字输出，可实现数字量的快速输入输出；

16位数字量IO（图片来源：FCE1353与STM32F407应用开发板原理图）

通过MCU内部集成的AD/DA通道实现2位模拟量输入输出，可实现EtherCAT主站对模拟量的精确处理；

MCU还包含USART/SPI端口可以用MCU外接功能扩展，能够更好的满足不同场景的功能的测试需求；

FCE1353芯片内部集成了RUN、Error等功能，通过在对应的功能引脚上接 LED可以实时监控FCE1353的工作状态，在测试中能够更好地了解芯片的运行状态；

FCE1353内部集成了DC模式，此开发板可以在模块级别实现DC同步时钟功能，能够让客户更好地熟悉和使用FCE1353。

FCE1353开发板测试实例

首先通过ST-LINK烧录对应例程到MCU（不同的运行模式对应不同的EtherCAT协议栈）；

其次将开发板的IN端口接入网线，通过TwinCAT主站扫描从站；

然后烧录对应的XML文件到从站板载ECAT EEPROM中；

其中根据烧录的程序选择HBI或SPI模式的XML文件；

然后双击Box1，打开online，可以看到从站处于OP状态，开发板上的RUN灯将会常亮；

输入IO（开关）测试；

拨动开关，TwinCAT上对应的变量Switch会在0和1之间切换，如图所；

输出IO（LED指示灯）测试

最后，在TwinCAT上对LED1-LED8赋值，可以控制LED小灯亮灭。

以上技术方案有任何问题可以私聊我。也欢迎大家评论留言

审核编辑 黄宇