前言：EtherCAT技术于2003年由德国倍福在德国汉诺威工业博览会上首次发布，并且成立ETG (EtherCAT Technology Group）协会组织负责推广，于2007年成为国际标准进入中国，2014年成为中国国家推荐性标准，历经多年的发展，面对竞争激烈的工业总线协议市场，EtherCAT以其超高速、低成本、灵活易用和开放性等特点，获得了业界的广泛认可与接纳，基于EtherCAT协议的控制系统、伺服驱动、运动控制等解决方案的工业网络产品不断被推出。

一、全球半导体产业背景与国内需求

随着全球经济数字化进程的加速，各行各业对芯片的需求呈现出显著增长的态势。然而，自2021年起，受疫情以及地缘政治因素（如美国对中芯国际的制裁）影响，全球半导体产业链的产能利用率有所下降，部分厂商被迫停工，导致工业领域相关芯片的有效供给减少。与此同时，中国芯片产业还面临着人才短缺的问题，特别是在工控领域，芯片人才的稀缺使得工业领域芯片在很大程度上依赖于国外供应。

在这样的背景下，国内对于自主研发芯片的需求愈发迫切，尤其是在工业运动控制领域，对于高性能、稳定可靠的芯片更是有着巨大的需求缺口。

 二、工业以太网协议市场格局与EtherCAT的优势

 （一）市场格局

在工业以太网协议领域，PROFINET、EtherNet/IP与EtherCAT这三大主流协议占据着显著的市场份额，分别为23%、21%与16%。

 （二）各协议特点

 PROFINET：由西门子公司推崇，凭借其强大的兼容性、实时通信能力以及广泛的生态系统，在工业界赢得了广泛认可与应用，占据最大的市场份额。但因其全面性和强大性，配置与设置过程相对复杂，尤其在追求极致性能和启用高级功能时，对技术人员的专业能力要求更高。

 EtherNet/IP：罗克韦尔自动化公司的协议，基于TCP/IP协议设计，能够无缝融入标准以太网，极大地简化了系统集成的复杂性与扩展流程。然而，在面对实时性能要求极高的应用场景时，其性能表现略显逊色。

 （三）EtherCAT的优势

选择专注于开发EtherCAT从站控制器芯片，正是看中了EtherCAT技术在性能与实时性方面的卓越能力。EtherCAT能够支持多样化的拓扑结构，如星型、树型及链型等，具备较高的实时性与灵活性，使其在复杂多变的生产线、精密的机器人作业环境以及高性能的CNC加工系统中表现出色。特别是在运动控制与机器人领域，EtherCAT通过精准的时间同步与高速数据交换能力，确保高精度运动指令的即时传达与执行，有效提升生产效率和产品质量。此外，EtherCAT还具有高集成度和简化的开发流程，降低了系统成本，适合大规模部署，成为一种理想的工业以太网解决方案。

 三、EtherCAT从站控制器核心概念与ASIC芯片应用原因

 （一）EtherCAT从站控制器（ESC）核心概念

EtherCAT从站控制器是EtherCAT系统的关键组成部分，是EtherCAT现场设备中基于硬件芯片实现的功能单元，芯片类型包括ASIC、FPGA、微处理器及微控制器等。ESC负责处理周期性和非周期性数据的读写操作以及执行实时现场总线所需的后台任务。

 （二）采用ASIC芯片的原因

在EtherCAT现场设备中采用ASIC芯片，能够实现芯片级别的处理，避免网络性能受设备微控制器性能及处理复杂软件堆栈能力的限制。实时协议处理被直接集成到芯片中，取消了现场设备对传统以太网连接的管理需求，使得网络性能不再受限于微控制器性能。同时，由于无需处理复杂IP以太网通信，降低了处理器成本、空间占用、发热量及功耗，简化了系统复杂性。此外，ASIC芯片还具有低功耗、高集成度、体积小等优点，能提升通信效率、降低能源消耗、延长设备寿命，并且在长期使用中表现出更高的稳定性和可靠性。

 四、方芯半导体在EtherCAT从站控制器芯片领域的突破

 （一）打破倍福垄断

方芯半导体于2022年5月成功研发了一系列高性能ASIC芯片产品对标倍福，打破了倍福在国内的垄断情况。到2023年，方芯半导体的EtherCAT从站控制器芯片出货量已超过一百万，成为国内首家突破技术封锁、拥有自主研发IP核心并能完全pin to pin对标倍福产品的芯片设计公司，这标志着方芯在中国工业运动控制领域EtherCAT从站控制芯片研发方面迈出了重要一步。

 （二）FCE1X00系列芯片

 性能与功能：方芯推出的FCE1X00系列芯片，不仅突破了技术壁垒，还拥有自主研发的IP核心，并实现了与倍福芯片完全的pin to pin兼容性。例如，FCE1100芯片支持最多4个数据传输端口，每个端口均可独立开启或关闭。芯片内建有8个现场总线管理单元、8个同步管理单元、4K的控制寄存器、8K的过程数据存储器以及64位的分布式时钟。它能够直接作为32位数字输入输出站点使用，或者通过过程数据接口与微处理器连接，形成具备复杂功能的从站设备。

 引脚配置与功能：FCE1100芯片中某些引脚具备双重功能，在设备启动时可充当配置引脚。通过连接外部上拉或下拉电阻来实现配置，连接上拉电阻时引脚被配置为逻辑高电平（1），连接下拉电阻时则被配置为逻辑低电平（0）。配置完成后，部分引脚可被重新定义为状态输出引脚，用于连接LED指示灯等。

 市场反响与支持：FCE1100系列芯片的推出，为国内厂商提供了性价比更高的选择，推动了行业技术进步。随着其广泛应用，方芯半导体的知名度和影响力显著提升。公司注重售后服务和技术支持，在北京、天津、上海、深圳建立了完善的客户服务体系，赢得了客户的广泛认可和好评。

 五、方芯半导体的持续创新与发展

方芯半导体将继续致力于工业控制芯片的研发和创新，并拓展产品线，涉足更多工业控制领域，为客户提供更加全面的解决方案。为了进一步满足市场需求，方芯半导体现已推出FCE1353/1354的产品对标MicroChip的LAN9252/9253/9254系列芯片，芯片集成了以太网两个电流型PHY，在方案设计中具备接口速度、网络拓扑灵活性和功耗管理等方面的优势。