以下文章來源于機器人開發(fā)圈，作者付斌

當下，雖然行業(yè)中存在許多通信協(xié)議，但業(yè)內人士普遍認為，EtherCAT和CAN兩大協(xié)議，是機器人行業(yè)未來最重要的兩大協(xié)議。

越來越被重視的EtherCAT

據(jù)EtherCAT技術組織（ETG）2024年統(tǒng)計，EtherCAT已占據(jù)全球工業(yè)機器人通信協(xié)議市場39.2%的份額，年增長率達12.7%，表現(xiàn)遠超其他同類協(xié)議。在關鍵應用場景中，EtherCAT的優(yōu)勢尤為明顯：無論是人形機器人的多關節(jié)實時協(xié)同控制、自動駕駛的多傳感器融合，還是工業(yè)4.0中的人機協(xié)作，它都在重新定義智能體與物理世界交互的方式。

EtherCAT是機器人關節(jié)主流通訊方式之一，在工業(yè)機器人、人形機器人關節(jié)控制中廣泛應用。比如說，庫卡、發(fā)那科等主流機器人廠商廣泛采用EtherCAT作為控制總線，以實現(xiàn)焊接、搬運、噴涂等復雜作業(yè)。

EtherCAT適用于對實時性要求高的場景：機器人關節(jié)的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三環(huán)控制，需快速完成“信號采集-運算處理-輸出”閉環(huán)流程。

支持機器人全身統(tǒng)一通訊架構，部分場景也會與CAN搭配，如機器人上半身走EtherCAT，下半身走CAN。

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）總線由德國倍福自動化有限公司在2003年首次提出，它是一種基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術。誕生之初，工業(yè)界急需一種高速、高效且低成本的通信解決方案，EtherCAT應運而生，憑借其突破傳統(tǒng)以太網(wǎng)在工業(yè)自動化應用局限的特點，迅速獲得關注。它的最大特點是數(shù)據(jù)傳輸速度極快，能夠實現(xiàn)納秒級的同步精度。

EtherCAT僅使用了物理層、鏈路層、應用層三層協(xié)議，與多數(shù)傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線相同，但相比于其它實時以太網(wǎng)協(xié)議，如PROFINET、EtherNet/IP等，其協(xié)議棧更加精簡。因此它具備超高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠在極短時間內完成大量數(shù)據(jù)的交換，滿足機器人實時控制需求，使機器人可以快速響應指令，實現(xiàn)高精度的運動控制。其分布式時鐘技術可確保網(wǎng)絡中所有設備的時鐘精確同步，讓機器人各關節(jié)動作協(xié)調一致，避免因時間偏差導致的運動誤差。

On-the-Fly/Processing on the Fly?（飛行處理）是EtherCAT技術的護城河。有工程師表示，這個特性目前只在EtherCAT上見到了，而且不基于IP協(xié)議。該機制是其高性能的核心設計，允許從站在不存儲完整報文的情況下，直接讀取或寫入數(shù)據(jù)實現(xiàn)微秒級實時通信。

與傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議不同，數(shù)據(jù)幀無需存儲轉發(fā)，從站設備在數(shù)據(jù)經(jīng)過時直接讀取或寫入數(shù)據(jù)段，單幀處理延遲僅為1μs。技術實現(xiàn)主要包括：

分布式時鐘同步：基于主從站時鐘偏移補償算法，實現(xiàn)全網(wǎng)絡節(jié)點時間同步誤差低于100 ns（遵循IEEE 1588增強標準）；

數(shù)據(jù)幀結構優(yōu)化：采用8字節(jié)緊湊型幀頭，數(shù)據(jù)負載率可達98%（高于PROFINET的60%），顯著提升帶寬利用率。

從性能和安全的角度，EtherCAT很強，但占據(jù)主導的另一個主要原因在于開放。

從工程師角度來看，EtherCAT使用起來可能不如CAN友好，不過對運動控制，有要求的場景，EtherCAT協(xié)議最有性價比。

目前，MCU廠商對于EtherCAT的重視程度非常高。

早在2023年12月，先楫就對外宣布，推出中國首款擁有德國倍福公司（Beckhoff）正式授權EtherCAT從站控制器（ESC, EtherCAT Slave Controller）的高性能MCU產(chǎn)品HPM6E00系列。而后針對機器人推出HPM6E8Y。在CES 2026上，先楫又發(fā)布機器人關節(jié)專用的高性能MCU HPM5E3Y，內置EtherCAT從站控制器和2個以太網(wǎng)PHY收發(fā)器，RISV-V內核主頻達480MHz，內置512KB RAM和1MB Flash閃存，同時體積非常小，最小封裝只有9×9毫米，非常匹配機器人關節(jié)空間有限、設計緊湊的要求。HPM5E3Y與HPM6E8Y兼容互補，構建全球最完整的機器人關節(jié)MCU系列。

國民技術非常關注EtherCAT在機器人上的趨勢。2025年慕尼黑期間，國民技術發(fā)布國內首款M7+M4雙核異構的N32H785、N32GH785EC、N32H787、N32H788四大系列高性能MCU，以及M7內核的N32H760、N32H762、N32H765、N32H765EC四大系列高性能MCU，其中N32H788EC與N32H765EC系列集成EtherCAT從站控制器，是國內首個晶圓級集成倍福官方授權EtherCAT從站控制器。

兆易創(chuàng)新也非常關注EtherCAT在機器人上的趨勢。2025年9月，兆易創(chuàng)新推出兩款芯片——GDSCN832系列EtherCAT從站控制器產(chǎn)品以及GD32H75E系列超高性能工業(yè)互聯(lián)MCU產(chǎn)品。EtherCAT從站控制芯片GDSCN832集成2個內部PHY和1個MII擴展接口，內置雙通道集成Ethernet物理層設備，每個通道均提供全雙工100BASE-TX收發(fā)器，支持100Mbps運行。GD32H75E集成了EtherCAT IP，使其內置ESC子系統(tǒng)以及一系列高性能外設資源，如3x CAN-FD、2x USB、高性能數(shù)字濾波器HPDF、EDOUT、14bit ADC、12bit DAC、比較器等。

CAN也是繞不開的大山

CAN（以及其更適用于運動控制的變種CANopen）是機器人另一主流通訊方案，尤其適用于對實時性要求稍低的場景，如機器人下半身、輪式機器人驅動。

隨著EtherCAT成本下降，CAN的應用場景有所壓縮，但在關節(jié)數(shù)量少、控制頻率低的機器人如四足機器人、機器狗中仍廣泛使用；同時，CAN在人形機器人中仍然不可或缺，比如智元靈犀X1采用100Mbps EtherCAT 1KHZ實時通信轉發(fā)、EtherCAT轉3路CANFD數(shù)據(jù)域（波特率達5Mbps）。

CAN支持多網(wǎng)段劃分。如果機器人全身若有40多個關節(jié)，可按肢體（胳膊、腿）分成多個CAN FD網(wǎng)段，避免總線仲裁導致的延遲與丟包。

CAN總線最初為汽車電子設計，核心設計強調可靠性與抗干擾能力。其采用“載波監(jiān)聽多路訪問/非破壞性仲裁”（CSMA/CA）機制，允許多個節(jié)點在總線空閑時主動發(fā)送數(shù)據(jù)。若發(fā)生沖突，優(yōu)先級高的報文（ID值較小）可繼續(xù)傳輸，優(yōu)先級低的則自動延遲發(fā)送，實現(xiàn)無數(shù)據(jù)損毀的仲裁。

這一機制支持分布式?jīng)Q策，具備高可靠性，適用于傳遞開關量、傳感器數(shù)據(jù)等非周期性信息，因此在汽車電子控制單元（ECU）間通信中應用廣泛。然而，當CAN總線應用于對實時性與周期性要求極高的多軸協(xié)同運動控制場景時，其固有局限便顯現(xiàn)出來。

從CAN和EtherCAT選擇上看，CAN多在已有CAN總線架構的系統(tǒng)中進行擴展，對于軸數(shù)較少（如6軸以下）、同步與動態(tài)性能要求不極致的桌面機器人、AGV等，CAN足夠且經(jīng)濟，同時在極端環(huán)境下具有公認的魯棒性。而EtherCAT則適合在高性能或者大規(guī)模分布式的機器人系統(tǒng)，雖然單節(jié)點成本可能較高，但其在簡化布線、免中繼設備、便于調試維護以及性能提升等方面的綜合價值，往往使長期成本更具優(yōu)勢。

I3C這一協(xié)議也在發(fā)展

I3C是新興的傳感器通訊協(xié)議，國外大廠正推動其在機器人靈巧手領域的應用，可省去外部PHY，簡化硬件設計。比如，NXP的i.MX RT1180集成2個I3C接口，可連接多個伺服節(jié)點與傳感器；英飛凌的PSOC Edge支持I3C；瑞薩最新推出的RA8系列高性能MCU中，也均支持了I3C總線；Microchip的PIC18-Q20系列配備了通信速率快的I3C模塊；ST的STM32N6、STM32H5、STM32H7、STM32U3均支持I3C。

I3C適配靈巧手多電機控制、高密度傳感器數(shù)據(jù)采集（如電子皮膚、力矩傳感器），適合傳感器數(shù)量多、安裝空間受限的場景（如機器人手指）。

目前機器人靈巧手主流仍采用CAN FD，I3C因生態(tài)成熟度不足，尚未大規(guī)模落地。此外，有工程師認為I3C的方案在抗干擾能力上較差，所以很難在靈巧手上實現(xiàn)規(guī)?；涞亍?/p>

不過，當前技術扔在不斷發(fā)展和進化之中。一些國產(chǎn)芯片正在講將I3C納入研發(fā)范疇，未來將根據(jù)市場需求推進量產(chǎn)，同時關注CAN XL等新型協(xié)議的發(fā)展。屆時，整個市場將會進一步發(fā)生變化。