【导读】提到工业、储能和机器人领域，EtherCAT一定是一个绕不开的话题。据HMS Networks 数据，2025年全球工业网络EtherCAT在新接入节点中的占比达到17%，较2024年的16%继续保持增长。

2026年慕尼黑上海电子展上，纳芯微推出全新的NS800RTA7系列产品，该系列产品不仅片内原生集成德国官方授权EtherCAT ESC从站控制器，同时首次集成自研第二代eMATH数字运算加速器并继续集成CLB可配置逻辑模块。

“EtherCAT已经成为头部客户量产设备的标准化通信方案，落地确定性高，有大批量终端客户明确需求，所以我们在此次优先布局片内集成EtherCAT的MCU产品。”纳芯微MCU市场总监宋昆鹏向EEWorld说道。

为什么大家都在关注EtherCAT

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种基于以太网的现场总线技术，由德国倍福自动化有限公司在 2003 年首次提出，并成立EtherCAT技术协会（ETG）。ETG 是目前全球最大的现场总线用户组织，拥有来自67个国家的6000多家会员单位。

在EtherCAT诞生之前，工业界急需一种高速、高效且低成本的通信解决方案，EtherCAT凭借其突破传统以太网在工业自动化应用局限的特点，迅速获得关注。它的最大特点是数据传输速度极快，能够实现纳秒级的同步精度。

EtherCAT仅使用了物理层、链路层、应用层三层协议，与多数传统的现场总线相同，但相比于其它实时以太网协议，如PROFINET、EtherNet/IP等，其协议栈更加精简。因此它具备超高速的数据传输能力，能够在极短时间内完成大量数据的交换，满足机器人实时控制需求。这刚好与纳芯微MCU实时控制的定位不谋而合。

当下，之所以EtherCAT表现出统治力，一是因为独有的On-the-Fly/Processing on the Fly‌（飞行处理）特性，它不基于IP协议，是其高性能的核心设计，允许从站在不存储完整报文的情况下，直接读取或写入数据实现微秒级实时通信了；二是开放，几乎无限数量的节点可以组成线型、树型、星型拓扑及任何拓扑的组合，是迄今为止在市场上拥有厂商和设备种类最多的工业以太网技术之一；三是简单耐用低成本，EtherCAT可以自动配置地址，而无需手动配置。

具体来看，与传统以太网协议不同，EtherCAT数据帧无需存储转发，从站设备在数据经过时直接读取或写入数据段，单帧处理延迟仅为1μs。技术实现主要包括：

分布式时钟同步：基于主从站时钟偏移补偿算法，实现全网络节点时间同步误差低于100 ns（遵循IEEE 1588增强标准）；

数据帧结构优化：采用8字节紧凑型帧头，数据负载率可达98%（高于PROFINET的60%），显著提升带宽利用率。

正因种种优势，最近几年，国内MCU厂商都很关注EtherCAT，不断推出集成倍福官方授权EtherCAT从站控制器（ESC, EtherCAT Slave Controller）的产品。而现在，纳芯微也加入到了这项技术的竞争之中。对于EtherCAT，纳芯微有着自己的理解。

纳芯微算力最高的实时控制MCU

随着此次全新NS800RTA7系列发布，纳芯微在实时控制MCU赛道的布局纵深越来越深。宋昆鹏回顾，2024年11月，纳芯微正式推出首款NS800RT5系列实时控制MCU。不到一年半时间，公司完成NS800RT1、RT3、RT5、RT7四大实时控制MCU产品系列布局。今年慕展，NS800RTA7的加入，使得纳芯微实时控制MCU产品线扩展至五大系列、九十余款标准化型号。

NS800RTA7系列是目前公司发布的算力最高的实时控制MCU，包括NS800RTA7P65DE、NS800RTA7P66DE、NS800RTA7P66TE三款产品，三款产品共享完全一致的外设硬件资源，每款均提供三种不同封装版本，合计拥有九款细分物料型号。

为什么要发布这样的新产品

宋昆鹏解释道，过往推出的 RT1、RT3、RT5、RT7系列MCU已能够覆盖现有大部分控制需求，而随着行业技术迭代，终端设备现在衍生出了多项全新的硬性需求：

第一，设备内部运动控制算法复杂程度持续提升；第二，整机需要同步执行多任务协同运算调度；第三，设备间对高速低延迟实时工业通信存在刚需；第四，工业机器人普及之后多轴电机同步控制、多轴伺服联动需求爆发，并且多轴设备对于轴与轴之间的同步控制精度要求极高；第五，各类控制设备对于模拟信号高精度采样需求持续上涨，同时整机结构设计追求极致小型化；第六，储能、大功率电力电子这类高价设备对芯片运行可靠性、功能安全等级要求大幅提升。

基于此，纳芯微针对性为NS800RTA7系列赋予了全新硬件功能特性，分别是多核并行运算架构、片内原生集成德国官方授权EtherCAT ESC从站控制器、提供多款小尺寸紧凑型BGA封装、内置全套对称与非对称硬件加密安全引擎。

NS800RTA7系列芯片核心适配的应用场景包含机器人、大型工商业储能系统、通用伺服驱动器几大类设备。当然，得益于强大性能和配置，产品适配场景并不局限于此。

NS800RTA7系列的硬件配置

内核方面，NS800RTA7系列最多集成三个同构Cortex-M7处理器，每个内核均配备纳芯微第二代自研eMATH数字运算加速器，支持硬件浮点运算单元（FPU）及独立紧耦合存储器（TCM）。值得注意的是，eMath是纳芯微拉开市面Arm MCU差距的关键单元，相比第一代eMATH，第二代eMATH整体运算性能提升接近一倍。

存储方面，最高集成1.8MB片上eFlash，是目前纳芯微MCU产品中Flash容量最大的型号，同时配备864KB SRAM，其中608KB为三个内核独立配置的TCM。

模拟方面，芯片内置四个独立ADC信号采集模组，最高支持55路模拟输入通道，单个ADC模组最多能够配置32路SOC硬件触发事件，可满足碳化硅、氮化镓等高频电力电子系统的多路同步采样需求。

接口方面，除片内集成EtherCAT控制器外，芯片还支持USB、FSI高速工业通信接口，并提供CAN FD、LIN、SPI、I²C等通用总线接口。

安全方面，芯片集成完整的硬件加密模块，工规产品硬件架构符合IEC 61508 SIL2工业功能安全标准，车规产品将支持ISO 26262 ASIL B认证。此前量产的RT5系列已经获得相应功能安全认证，RTA7车规产品也将随着量产完成认证。

信息安全方面，NS800RTA7首次在实时控制MCU中集成非对称硬件加密引擎，在保留AES、SHA、TRNG等安全模块基础上，新增RSA 4096位和ECC 521位硬件加密能力，并集成覆盖eFlash、SRAM及TCM的ECC存储纠错机制，可自动检测并修复存储错误，进一步提升关键控制数据的可靠性。

封装方面，NS800RTA7系列提供9mm×9mm BGA169和13mm×13mm BGA256两种紧凑型BGA封装，同时保留HLQFP176等传统封装，以满足不同产品设计需求。

生态方面，NS800RTA7兼容Keil MDK和IAR EWARM两大主流开发工具，支持纳芯微自研NovoStudio开发平台。公司还将推出NovoMonitor实时调试工具，并配套NovoClbConfig图形化CLB配置软件，同时提供评估板、硬件仿真器以及完整SDK。

操作系统方面，纳芯微已成为RT-Thread高级会员，完成NS800RT7及RTA7全系列产品对RT-Thread的完整移植，支持FreeRTOS和uC/OS-II等主流实时操作系统，为多核、多任务开发提供完整的软件支持。

值得关注的是，同系列不同内核配置产品均保持引脚兼容，方便客户在同一PCB平台上实现不同性能产品的快速升级。

四大核心技术解析

第一大核心创新点是NS800RTA7P65DE、NS800RTA7P66DE、NS800RTA7P66TE提供三种内核配置。三款芯片采用统一外设资源，区别主要在于内核数量、主频组合及TCM容量，即：200MHz+400MHz M7的“大小核”配置，2 x 400MHz M7的“双大核”配置，2x 400MHz+1x 200MHz M7的“三核”配置。

这样设计是为了应付不同的应用场景。比如，大小核400MHz+200MHz在单轴伺服应用中，高主频400MHz内核可专门负责电流环控制，而200MHz内核负责EtherCAT通信、速度环和位置环控制；双400MHz方案适用于双轴伺服，每颗内核分别承担一套完整电机控制任务；三核方案能够支撑六轴工业机器人伺服系统，其中两颗400MHz内核分别负责六轴电流环计算，200MHz内核统一负责EtherCAT通信及全部速度环、位置环运算。

由此来看，通过分配一颗独立处理器专门承担EtherCAT通信任务，并为其配置独立TCM存储器和第二代eMATH加速器，使通信与控制任务能够彻底分离，进一步提升软件架构的灵活性，一套硬件平台即可满足当前以及未来数年的算力升级需求，客户无需频繁更换硬件平台即可完成产品迭代。

“市面上多数厂商会选择异构多核架构，会对客户任务分配造成诸多限制，我们放弃异构方案选择同构方案，是为了给客户提供高度灵活的平台化开发空间，我们此前通过NS800RT1系列产品将工业实时MCU硬件成本下探至5元级别，在算力普惠、成本控制层面具备充足的技术与供应链底气。”宋昆鹏如是说。

第二大核心创新点是片内集成经过德国官方授权的EtherCAT ESC从站控制器。ESC运行过程中几乎无需MCU参与数据交互，实现MCU零负载运行；内置独立16KB专用RAM，不占用MCU自身864KB SRAM资源；同时硬件原生完整支持FMMU内存管理单元，PDO过程数据映射配置高度灵活。

反观传统伺服控制方案通常采用MCU外挂独立ESC芯片，两者通过SPI通信，不仅增加通信延迟和整机失效率，也增加BOM成本和PCB面积。

纳芯微已完成芯片的长时间压力测试，并向首批客户提供工程样片。在50μs超短通信周期下，系统能够稳定运行；在125μs标准通信周期下，MCU整体运算负载仅约2%；多节点时钟同步抖动数值小于30ns，可满足多轴伺服系统纳秒级同步控制需求。

第三大核心创新点是升级到第二代eMATH数字运算加速器，其执行单精度Sin、Cos、开方浮点运算，运算速度对比Arm内核纯软件运算分别提升六倍、七倍、三倍。第二代eMATH还集成FFT、iFFT、FIR、IIR以及卷积等硬件加速单元，可覆盖光伏、储能、机器人等应用的大多数控制算法。

纳芯微在电机FOC控制测试中发现，搭载400MHz Cortex-M7及第二代eMATH的芯片，与市场600MHz通用MCU完成同样电流环算法所需时间基本相同，以较低主频获得同等级控制性能。这一套FOC电流环算法包括Clarke变换、Park变换、反Park变换以及PID控制，仅需132个CPU周期，总耗时约330ns。

第四大核心创新点是首次集成CLB（Configurable Logic Block）可配置逻辑模块，可直接实现编码器解码等逻辑功能，能够直接省去整机板卡外挂小型 FPGA、CPLD芯片，降低整机物料成本与PCB面积。

此外，通过配套专属NovoClbConfig图形化配置工具完成配置，开发人员无需掌握Verilog语言即可完成逻辑开发，同时还可应用于光伏逆变器三电平控制等场景，进一步降低系统成本和PCB面积。

对未来市场的展望

对于未来集成EtherCAT实时控制MCU市场的竞争，宋昆鹏认为，目前行业仍处于发展初期，各家厂商都会陆续推出类似产品，整体呈现百花齐放的竞争格局。随着工业机器人、储能设备等终端市场逐渐向头部企业集中，芯片供应商也将经历新一轮整合。

长期来看，以机器人市场举例，该市场竞争将可能发展成类似于汽车MCU市场，最终比拼的将是完整的产品矩阵、针对细分行业的定制能力以及持续的软件生态建设。

谈及未来产品路线，宋昆鹏介绍，随着工业终端对于算力和集成度需求不断提升，纳芯微未来研发将分两个阶段推进：第一阶段持续完善标准化通用实时控制MCU产品平台，构建完整产品矩阵；第二阶段则面向机器人、光伏逆变器、储能PCS等细分行业推出更加针对专用的芯片。

他表示，国内不少客户在整机终端已经全球领先，纳芯微将与这些客户保持深度协同，共同推进芯片架构持续迭代，并同步拓展海外工业客户合作，加快产品国际化布局。

当下很多厂商都在不断提升MCU的AI性能，对此，宋昆鹏透露，公司计划于2026年底推出具有AI能力的新一代实时控制MCU。

展望未来，纳芯微还将持续加大实时控制MCU的研发投入，重点布局工业控制、数字能源、汽车电子等领域。