NE时代

◎ 大关节要同步，灵巧手要集成。

△ 撰文：DONG.ZY

机器人关节里的控制芯片，开始按身体部位分工。

8月5日，兆易创新同时发布两款32位微控制器：面向伺服驱动和机器人关节控制的GD32H77R，以及面向人形机器人、协作机械臂和灵巧手的GD32F50MxxG。

GD32H77R将EtherCAT从站控制器、两路百兆以太网PHY和多种工业编码器接口集成到芯片内，重点解决大关节的运算和实时通信。

GD32F50MxxG则把MCU、三相栅极驱动器和四通道运算放大器合封，主要用于上肢关节、微型关节和灵巧手。

同一天，兆易创新与地瓜机器人联合发布基于GD32H77R和旭日S600的六轴协作机械臂控制系统。

旭日S600负责上层任务调度和轨迹规划，六路关节驱动器分别采用GD32H77R，处理电机闭环、编码器采集和EtherCAT通信。

机器人下肢和大型关节需要更强的实时通信与多轴同步能力，灵巧手和小型关节则要把电机驱动、信号采集和控制芯片塞进有限空间。

两款芯片解决的，是机器人身体不同部位的问题。

01.

机器人关节需要专用MCU

兆易创新MCU事业部产品市场总监李懿谈到两款新品的开发背景时说：“行业早期规模不大，大家用通用MCU做验证。现在出货量已经很可观，我们需要针对具身智能机器人关节驱动推出专用芯片，以满足高性能、耐高温、小型化等差异化需求。”

机器人公司开发早期样机，首要任务是让本体动起来，通用MCU拥有成熟的开发工具、算法库和供应链，工程团队可以较快完成电机控制和关节通信。

进入整机优化阶段后，关节控制板的设计条件会明显收紧。

一块机器人关节控制板要完成电流环、速度环和位置环运算，读取编码器信号，并接收上层控制器下发的指令。电机出现过流、堵转或通信异常时，控制系统还要及时触发保护。

传统工业伺服控制板空间相对充足，MCU、EtherCAT从站控制器、以太网PHY、编码器接口、栅极驱动器和采样运放可以分别布置。

人形机器人需要把这些器件放进膝、踝、肘、腕和手指，主频提高会增加功耗，外围芯片过多会占用PCB面积，多个关节同时运动又要求总线保持较低延迟。

机器人各部位的负载、空间和通信方式不同，通用MCU原有的性能和接口组合难以全部覆盖，芯片厂商需要围绕具体关节重新安排芯片内部功能。

兆易创新MCU事业部市场经理李孝剑披露，公司2026年上半年人形机器人相关MCU出货量约300万颗，预计下半年继续增长。

兆易创新GD32 MCU目前拥有81个系列、800余款产品，累计出货超过25亿颗，服务超过2万家客户，原有产品已经覆盖工业控制、电机驱动、通信和传感采集。

此次推出GD32H77R和GD32F50MxxG，兆易创新选择了两种不同的集成方向。

02.

大关节先解决同步

GD32H77R采用600MHz Arm Cortex-M7内核，支持双精度浮点运算，并配备三角函数加速器。

芯片配置640KB与CPU同频运行的紧耦合内存、1.2MB共享SRAM、2MB高速可执行Flash和3.5MB存储Flash。电机控制程序可以从紧耦合内存中快速读取，减少CPU等待时间。

机器人关节持续处理电流、速度、位置和编码器数据，MCU主频提高后，存储访问速度也要跟上，否则运算能力很难完整转化为控制响应。

GD32H77R把高速内核与同频内存配合使用，供FOC矢量控制、伺服三环运算、高频中断和多任务调度调用。

大关节还要解决多个关节之间的同步。

人形机器人行走时，髋、膝、踝和躯干需要同时调整，六轴机械臂沿一条轨迹运动时，六个关节也要按照既定时序改变角度，总线通信出现延迟或抖动，机器人末端的实际轨迹就可能偏离预定位置。

GD32H77R采用9mm×9mm BGA169封装，片内集成EtherCAT从站控制器和两路百兆以太网PHY，可以支持标准百兆以太网或EtherCAT通信。

传统方案需要在MCU之外放置EtherCAT和PHY器件，GD32H77R省去两颗外置工业级百兆PHY，减少了关节控制板的器件和布线。

按照兆易创新公布的数据，GD32H77R的EtherCAT单边传输延迟最快低于50纳秒，DC同步周期精度可达62.5微秒。EtherCAT模块采用直接寻址，CPU可以直接读取通信数据，把更多运算资源留给电机控制。

GD32H77R还兼容EnDat、BiSS-C、Tamagawa等绝对式编码器协议，并内置旋转变压器数字转换模块，可以采集电机位置和转速。

EtherCAT负责多个关节之间的通信，编码器接口负责读取单个关节的位置。两类功能进入同一颗MCU后，控制器可以用更少的外围器件完成指令接收、位置采集和电机控制。

关节内部空间小，散热条件有限，功耗也会影响芯片能否持续工作。

兆易创新称，GD32H77R的动态功耗为同架构Cortex-M7竞品的20%至50%，芯片支持1.7V至3.6V工作电压，并提供三种节能模式。

安全方面，GD32H77R支持FSoE协议，可以通过EtherCAT传输安全数据，其配套软件测试库已通过德国莱茵TÜV的IEC 61508 SC3认证，覆盖SIL 2和SIL 3。芯片还配置硬件加密、哈希校验、EFUSE和真随机数模块。

兆易创新与地瓜机器人联合发布的六轴机械臂控制系统，把GD32H77R装进了完整的上下层架构。

旭日S600负责整机任务调度、三维轨迹规划、示教轨迹存储和运行状态监控。六路关节驱动器分别采用GD32H77R，完成单关节伺服闭环、17/18位编码器数据采集、EtherCAT通信和电机驱动输出。

上位主控与六个关节通过CoE EtherCAT连接，关节侧遵循CiA 402伺服标准，支持周期同步位置、速度、转矩及轮廓控制等运行模式。

静态碰撞检测、动态力控碰撞检测、RRT回零和拖拽示教由旭日S600上位主控提供，GD32H77R负责把上层计算出的轨迹转成各个关节的连续动作。

这套控制系统面向工业装配、柔性产线、轻量精密作业和科教实训，兆易创新与地瓜机器人还打通了Embedded Builder和AI Native工具链，连接上层模型部署与底层伺服调试。

GD32H77R在这套系统中控制关节怎样转动，旭日S600决定机械臂执行什么任务，大关节需要的算力、实时通信和位置反馈，都集中在关节控制层完成。

03.

灵巧手需要更小的驱动板

上肢小关节和灵巧手面对的是另一种设计条件。

灵巧手通常包含多个自由度和微型电机，狭窄的指掌空间内，还要容纳MCU、栅极驱动器、电流采样运放、电源和通信器件。

这些器件分开放置，会占用更多PCB面积，模拟信号走线拉长后，电机电流、编码器和触觉传感器产生的微弱信号也更容易受到干扰。

GD32F50MxxG采用252MHz Cortex-M33内核，配备硬件FPU、DSP指令集和存储器保护单元。芯片最高配置1MB Flash和128KB SRAM，其中192KB为零等待Code-Flash，32KB SRAM带有ECC校验。

芯片还配置12路DMA，用于搬运ADC、PWM和总线数据，CPU可以集中处理电机闭环运算。

GD32F50MxxG将兆易创新自研的GD30DR1401三相栅极驱动器和GD30AP8604四通道轨到轨运算放大器合封到MCU内部。

GD30DR1401支持5V至20V供电，悬浮耐压120V，栅极拉电流为2A、灌电流为2.5A，并配置6路PWM接口，可以适配24V至48V低压力矩电机。

GD30AP8604的单位增益带宽为11MHz，主要负责电机电流采样，以及编码器、旋变和触觉传感器微弱信号的放大。

传统驱动板需要分别布置MCU、预驱和采样运放，三类器件进入一个封装后，工程师可以减少外围器件，缩短信号路径，并继续压缩驱动板尺寸。

兆易创新将GD32F50MxxG用于人形机器人关节、灵巧手、小型协作机械臂和AGV行走伺服。在灵巧手中，小型封装和多路电机控制能力可以减少驱动板占用的空间，由单颗芯片控制多路微型电机。

芯片配置三路12位ADC、四路合封运放和高速比较器，可以采集三相电流、电机温度和触觉传感信号。电机发生堵转或过载时，比较器可以直接触发故障关断。

通信方面，GD32F50MxxG提供两路CAN-FD，并配有SPI、I²C和串口，用于多关节级联、编码器连接和力矩传感器接入。

产品提供两种小型封装。

GD32F50MMGO7G采用8mm×8mm QFN80封装，目前已经开放样品申请，计划2026年12月量产。

GD32F50MVGK7G采用7mm×7mm BGA100封装，计划2026年11月送样、2027年3月批量供货。

功能安全方面，兆易创新称GD32F50MxxG通过IEC 61508 SIL 2认证，并配有MCU硬件自检库，可检测内核、存储、模拟和驱动电路故障。

两款新品的区别至此变得清楚。

GD32H77R把EtherCAT、PHY和编码器接口集成进MCU，减少大关节通信和位置反馈所需的外围芯片；GD32F50MxxG把预驱和运放收入封装，减少灵巧手和小型关节的驱动与采样器件。

大关节优先解决多轴同步，小关节和灵巧手优先压缩驱动板，两类关节使用不同的专用MCU。

04.

一台机器人需要多种MCU

机器人内部还存在感知、通信、IMU和力信号采集等节点。

2026慕尼黑上海电子展期间，兆易创新展示了六轴机械臂、四足机器人、机器人关节和六维力检测方案。其中，GD32H75E用于高性能关节和EtherCAT通信，216MHz Cortex-M33内核的GD32G553主要面向灵巧手和微型关节。

智身科技钢镚L1四足机器人的主板采用GD32F303处理系统通信，IMU采用GD32C103。此外，兆易创新的六维力检测方案则使用GD32F503和高精度ADC采集六路力信号，再通过EtherCAT传给上层控制系统。

最近，兆易创新与古月居、博乐世推出的双足机器人则采用另一套分层控制架构。

GD32H77E负责相机、ToF激光雷达和IMU数据预处理，GD32F505通过CAN-FD完成多关节同步控制、故障回传和通信失联保护。

六轴机械臂的关节侧采用GD32H77R和EtherCAT，双足机器人开发平台采用GD32H77E、GD32F505和CAN-FD，两套方案根据本体结构、控制任务和开发用途选择芯片。

兆易创新还为双足机器人配套推出两款实训箱，把GD32H77E感知协处理模块和GD32F505关节控制模块从整机中单独拆出，供开发者和高校调试视觉、传感器、CAN-FD和关节控制。

兆易创新高级副总裁、MCU事业部总经理李宝魁将公司定义为平台型企业。他提到，兆易创新由存储业务起家，随着模拟产品线扩展，可以把存储、MCU和模拟器件共同用于机器人。

MCU进入关节、通信、IMU和力信号采集，模拟芯片负责电机驱动、电源管理和信号放大，存储芯片保存固件、参数与运行数据。

不同产品在机器人内部各有位置。

围绕这些芯片，兆易创新还提供FOC算法、编码器驱动、EtherCAT通信方案和开发Demo。地瓜机器人合作面向六轴机械臂控制系统，古月居与博乐世合作则把芯片接入双足机器人和实训平台。

机器人专用MCU的产品定义已经开始细分。

GD32H77R处理大关节的运算和实时同步，GD32F50MxxG压缩小关节与灵巧手的驱动板，其他MCU继续用于感知、通信和力觉节点。

当大关节、灵巧手和传感节点开始分别选择芯片，机器人MCU也就进入了按身体部位设计产品的阶段。

-END-