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作者： bitpie官网首页

2024-03-09 23:12:57

[工业互联-17]：常见EtherCAT主站与实现方法_ethercat主站开发-CSDN博客

[工业互联-17]：常见EtherCAT主站与实现方法

文火冰糖的硅基工坊

已于 2023-07-08 17:15:54 修改

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于 2023-07-08 11:31:16 首次发布

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第1章 EtherCAT入门

1.1 简介

1.2 EtherCAT通信架构

第2章 EtherCAT主站方案

2.1 方案概述

2.2 主站配置步骤

2.3 EtherCAT主站软件

第3章 Windows操作系统支持EtherCAT的基本步骤

第4章常见主站软件介绍：TwinCAT

4.1 简介

4.2 软件架构

4.3 应用程序架构

第5章 SOEM

5.1 简介

5.2 SOEM创建EtherCAT主站

5.3 QT添加SOEM主站

第1章 EtherCAT入门

1.1 简介

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种实时以太网通信协议，用于工业自动化和控制系统中实现高性能、实时数据传输和控制。它是由EtherCAT技术组织（ETG）开发和标准化的。

EtherCAT基于以太网物理层和数据链路层，但使用了一种特殊的通信方法，称为"Processing on the Fly"。这种方法使得数据帧能够在通过从站设备时进行实时处理，而不需要完全接收整个数据帧。这样，数据传输和控制可以实现高效率和低延迟。

EtherCAT通信采用主从架构，其中一个主站设备负责整个EtherCAT网络的管理和控制，而从站设备则负责在数据环网上传递数据。

主站设备可以是计算机、工控机、PLC等，

而从站设备可以是传感器、执行器、驱动器等。

EtherCAT具有以下特点：

实时性能：EtherCAT通过在数据环网上逐站处理数据，实现了高速和低延迟的数据传输。这使得它非常适用于对实时性要求较高的应用，如运动控制、机器视觉等。灵活性：EtherCAT网络可以支持从几个节点到数千个节点的连接，同时支持多种网络拓扑结构，如星型、总线型、环形等。这使得它能够适应不同规模和复杂度的工业系统。高带宽利用率：EtherCAT可以利用以太网的高带宽特性，同时在同一物理介质上传输控制数据和其他应用数据，从而提高带宽利用效率。易于集成：EtherCAT基于以太网标准，使用标准的以太网物理层和数据链路层。这使得它能够与其他以太网设备和网络互操作，并且易于与现有以太网基础设施集成。

EtherCAT已经在工业自动化和控制领域得到广泛应用，包括机械设备、工厂自动化、过程控制等各种应用场景。它提供高效的实时通信和控制能力，帮助提升工业系统的性能、灵活性和可扩展性。

(300条消息) [工业互联-12]：主流的工业以太网技术简介（PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE）_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客

1.2 EtherCAT通信架构

EtherCAT通信架构基于主从架构，其中一个主站设备控制整个EtherCAT网络，而多个从站设备负责在数据环网上传递数据。以下是EtherCAT通信架构的主要组成部分：

主站（Master）：主站是EtherCAT网络的控制中心，负责协调整个网络的数据传输和控制。主站可以是计算机、工控机、PLC等设备，它通过EtherCAT接口连接到EtherCAT网络。主站发送和接收数据帧，并处理从站设备的数据。从站（Slave）：从站是在EtherCAT网络中扮演被动角色的设备。从站可以是各种不同类型的设备，如传感器、执行器、驱动器等。每个从站设备都有一个唯一的设备地址，通过EtherCAT通信以实时方式与主站交换数据。数据环网（Data Ring）：数据环网是连接主站和从站的物理通信介质，通常是双绞线、光纤或其他以太网标准支持的物理介质。这个环网形成了一个环形或星型网络拓扑结构，可以支持多个从站设备连接到同一个环网上。 EtherCAT Slave Controller（ESC）：每个从站设备上都有一个EtherCAT Slave Controller，负责实时处理和转发从站数据。它的作用是解析EtherCAT数据帧、执行数据处理和控制算法，并将数据传递到下一个从站或主站。 EtherCAT数据帧（Frame）：EtherCAT数据帧是在数据环网上传输的通信单位，它包含控制指令、数据和状态信息。在一个周期内，主站从流经数据环网的每个从站设备上读取和写入数据。

EtherCAT的通信过程非常快速和高效。主站发送一个带有特殊控制字段的数据帧，该数据帧在数据环网上循环传输。每个从站设备通过处理数据帧中的控制指令，并在帧传输周期内完成数据读取和写入操作。数据帧的循环传输确保了实时性和低延迟的数据传输。

通过这种主从架构和实时数据传输方式，EtherCAT能够实现高性能的工业控制和自动化应用，适用于需要实时性、快速响应和高带宽的工业环境。

第2章 EtherCAT主站方案

2.1 方案概述

实现EtherCAT主站（Master）功能的方案有多种选择，取决于具体需求和系统架构。

以下是一些常见的EtherCAT主站方案：

PC-based软件主站：使用一台PC或工控机作为EtherCAT主站，通过安装适当的EtherCAT主站软件，如Beckhoff的TwinCAT或KINGSTAR的EtherCAT Master等，来实现EtherCAT通信和控制功能。这种方案适用于需要灵活性和可编程性的应用，适用于实时数据采集与处理。 PLC作为主站：许多主流PLC供应商提供了集成EtherCAT主站功能的PLC设备。这些PLC设备具有专用的EtherCAT接口，可以直接与EtherCAT网络连接。PLC作为主站具有实时性、可靠性和易于集成的特点，适用于以实时控制为主目标的工业控制和自动化系统，用于PLC控制从站设备。封装主站模块：一些厂商提供了专用的EtherCAT主站模块，可以作为独立的硬件设备，通过串行通信接口（如串口、以太网接口等）连接到主控设备（如PC、PLC等）。这些模块通常提供了高性能的EtherCAT通信功能，可以方便地集成到现有的系统中。

无论选择哪种方案，实现EtherCAT主站功能的关键是：使用相应的EtherCAT主站软件或硬件模块，并遵循EtherCAT通信协议。该主站软件或硬件模块将提供EtherCAT数据交换和协议处理的功能，使主站能够与从站设备进行通信和控制。

2.2 主站配置步骤

在配置EtherCAT主站时，需要进行以下步骤：

设置通信参数：配置主站与EtherCAT网络连接的物理接口和通信参数，如波特率、网络拓扑结构等。扫描并识别从站：通过主站软件或配置工具，进行EtherCAT网络的扫描和从站设备的识别。通过识别从站设备，为每个从站分配唯一的设备地址。配置从站通信和数据：为每个从站配置通信参数和数据映射。这包括定义数据对象、数据类型、数据采样频率等。开发应用程序：使用主站软件或编程环境，编写应用程序以实现与从站设备的数据交换、数据处理和控制操作。

需要注意的是，实现EtherCAT主站功能需要遵循EtherCAT通信协议规范，并使用与从站设备兼容的主站软件或硬件模块。在选择和配置EtherCAT主站方案时，应根据具体需求、开发平台和供应商支持来进行评估和选择。

2.3 EtherCAT主站软件

有多个供应商提供了EtherCAT主站软件，以下是几个常用的EtherCAT主站软件：

TwinCAT（Beckhoff）：TwinCAT是Beckhoff提供的一款强大的EtherCAT主站软件。它是一个全面的自动化控制软件的开发平台，集成了PLC、运动控制、HMI和数据采集等功能。TwinCAT具有丰富的开发工具和库，可用于开发复杂的EtherCAT控制系统。 KINGSTAR EtherCAT Master（IntervalZero）：KINGSTAR EtherCAT Master是IntervalZero公司提供的一种软件EtherCAT主站解决方案。它提供了实时以太网通信和控制功能，可与多个EtherCAT从站设备进行通信。KINGSTAR EtherCAT Master可以与Windows上的实时软件配合使用。 SoftMotion for EtherCAT（National Instruments）：National Instruments提供了SoftMotion for EtherCAT软件，它是NI实时控制平台LabVIEW和CompactRIO的一部分。SoftMotion for EtherCAT具有强大的运动控制能力，可用于快速开发和部署EtherCAT控制系统。 CODESYS EtherCAT Master：CODESYS是一款广泛使用的可编程控制器开发环境，CODESYS EtherCAT Master是其提供的EtherCAT主站功能模块。它允许开发人员使用CODESYS进行EtherCAT通信和控制应用的开发，同时具备很好的可扩展性和灵活性。 SOEM（Simple Open EtherCAT Master）是一个开源的EtherCAT主站实现，由EtherLab项目开发并维护。它提供了一个简单、灵活和可移植的EtherCAT主站解决方案，适用于嵌入式系统和实时控制应用。

这些EtherCAT主站软件提供了丰富的功能和开发工具，可以满足各种复杂控制系统的需求。选择合适的软件取决于具体应用需求、开发平台和供应商支持。在选择软件之前，建议评估软件功能、易用性、性能和支持等因素，并根据实际案例进行验证。

第3章 Windows操作系统支持EtherCAT的基本步骤

Windows操作系统可以通过相应的驱动程序和软件支持EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）。

EtherCAT是一种实时以太网通信协议，广泛用于工业自动化领域。

它使用基于以太网的通信方式，通过传输以太网数据帧的方式来实现实时数据传输和控制。

要在Windows上实现EtherCAT支持，可以采取以下步骤：

安装EtherCAT从设备驱动程序：首先，需要安装适用于Windows的EtherCAT驱动程序。这些驱动程序通常由EtherCAT硬件供应商提供，可用于与硬件EtherCAT从设备进行通信，实现etherCAT通信协议。使用EtherCAT主站软件：在Windows上安装和配置EtherCAT主站软件，例如TwinCAT、EtherCAT Master等。这些软件允许用户配置和管理EtherCAT网络、从设备和通信参数。EtherCAT主站软件通过EtherCAT从设备驱动程序与从设备进行通信！！！ EtherCAT从设备配置：通过EtherCAT主站软件，用户可以进行EtherCAT设备的配置。这包括添加设备、定义设备通信地址和参数等。开发应用程序：使用Windows下的编程语言和工具（如C/C++、C#等），开发应用程序以与EtherCAT设备进行通信。通常，EtherCAT的开发包和API可以提供给开发人员，以简化EtherCAT通信的编程。数据传输和控制：通过编写应用程序，可以使用EtherCAT协议进行数据传输和控制。应用程序可以使用EtherCAT主站软件提供的API或驱动程序所提供的API，与EtherCAT设备进行实时通信。

需要注意的是，EtherCAT的支持和集成可能因硬件、操作系统版本和软件工具等因素而有所差异。在进行EtherCAT的集成和开发时，建议参考相关硬件和软件供应商提供的文档和指南，以确保正确配置和操作EtherCAT网络和设备。

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[工业互联-17]：常见EtherCAT主站与实现方法

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种实时以太网通信协议，用于工业自动化和控制系统中实现高性能、实时数据传输和控制。它是由EtherCAT技术组织（ETG）开发和标准化的。EtherCAT基于以太网物理层和数据链路层，但使用了一种特殊的通信方法，称为"Processing on the Fly"。这种方法使得数据帧能够在通过从站设备时进行实时处理，而不需要完全接收整个数据帧。这样，数据传输和控制可以实现高效率和低延迟。

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EtherCAT主站芯片方案 (virtual ASSP)

概述

EtherCAT商业主站和开源主站，都是使用软件的方法实现主站功能，主站的性能很大程度上取决于PC的性能和操作系统的实时性。而骏龙科技将EtherCAT的协议层用FPGA逻辑实现，预先编程好，客户只需当作专用芯片使用。

EtherCAT Master ASSP芯片实现了标准的EtherCAT主站协议，采用标准的通用并行总线接口，可以连接任何CPU，并对芯片进行控制。支持ARM处理器或者x86处理器平台。提供参考软件代码，API函数，XML文件初始化系统等软件。可用于任何标准的 EtherCAT 电机、IO设备的控制。

特点

⦁ 支持ARM处理器上裸机程序运行EtherCAT主站，无需操作系统；

⦁ 支持x86处理器，PCIe接口，提供Linux（withXenomai实时内核）下的驱动和应用程序的参考代码；

⦁ 友好的系统调试界面；

⦁ CPU负担小，无论高端或低端处理器，都能快速实现高实时性能的EtherCAT主站通信；

⦁ 主站与从站间的同步性能强，同步时间的抖动远小于1us（4轴实测50ns）；

⦁ 循环周期短，可以轻松实现31.25us的通信周期（可实现4轴62.5us的循环周期）；

⦁ 通过XML文件轻松配置系统，可接从站数量多

性能对比

欢迎有兴趣的客户联系骏龙科技各地办事处了解详情，或发邮件至 stonemao@macnica.com，也可以关注微信号后直接微信留言。骏龙科技网站也可以留言。

骏龙科技微信号:

粤ICP备2021107379号-1

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基于STM32的伺服总线EtherCAT主站设计——SOEM方案_stm32 ethercat-CSDN博客

基于STM32的伺服总线EtherCAT主站设计——SOEM方案

河狸打捞员

已于 2023-09-25 22:03:08 修改

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CANopen、EtherCAT

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stm32

单片机

嵌入式硬件

于 2023-04-16 23:44:49 首次发布

本文链接：https://blog.csdn.net/weixin_48501028/article/details/128835795

版权

CANopen、EtherCAT

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本文介绍在正点原子的STM32H743开发板上，使用SOEM方案实现EtherCAT主站通讯，本文记录从零基础学习路线。由于本人才疏学浅，如有错误，还请指正。

下文蓝色带下划线为参考资料的网址链接，蓝色字体为参考资料名称。

一、EtherCAT介绍

在了解EtherCAT之前，建议对于TCP/IP的概念有一些了解，可以观看正点原子的介绍视频：【正点原子】手把手教你学lwIP_哔哩哔哩_bilibili（建议看完前7讲）

对于EtherCAT概念的了解，可以观看：【工业通讯】EtherCAT&EtherNet/IP基础知识讲解合集_哔哩哔哩_bilibili

本项目移植过程中，参考的文献如下：

[1]王惠娇. 基于嵌入式平台的EtherCAT主站实现研究[D].郑州大学,2018.

[2]毛令. 基于STM32的嵌入式EtherCAT主站的研究与实现[D].北方民族大学,2022

[1]刘豪志. 基于嵌入式Linux的EtherCAT主站设计及伺服控制系统研究[D].南京航空航天大学,2020.

以上绍视频和文献，对于ETH和EtherCAT帧结构、寻址模式、通讯模式、同步模式等知识点讲解比较清晰，这里就不展开介绍。我们就直入主题，介绍在STM32H743基于SOEM实现EtherCAT通讯的移植和调试过程。

二、SOME库架构分析

SOEM的代码的官网下载链接：GitHub -OpenEtherCATsociety/SOEM: Simple Open Source EtherCAT Master

SOEM库采用分层设计，并且提供了一个抽象层，将SOEM协议栈与具体操作系统和硬件分开。抽象层由OSAL和OSHW两个模块组成，OSAL是操作系统抽象层，OSHW 是硬件抽象层，移植的主要内容就是对OSAL和OSHW具体API实现，在新的操作系统和硬件平台上的重写。

SOEM的层级架构如下图所示：

2.1 抽象层

抽象层可以分为操作系统抽象层OSAL和硬件抽象层OSHW两部分。

OSAL模块侧重于操作系统的抽象和时间机制。由osal.h和osal.c组成。定义了基本数据类型，时间相关结构以及时间和定时器相关API和线程相关API。其中的时间和定时器相关的API是必须实现的，线程相关的API不是必须实现的。

OSHW模块侧重于为上层提供网络服务。由oshw.h/oshw.c和nicdrv.h/nicdrv.c四个文件组成。oshw.h/.c主要实现网络大小端和本地大小端的转换，nicdrv.h/.c是网络驱动，主要实现 EtherCAT帧的发送和接收。

不同平台上nicdrv模块的逻辑结构基本相同，需要实现的是三个底层API：

（1）网口的初始化（2）MAC层帧发送（3）MAC层帧接收

2.2 中间层

SOEM的中间层，是EtherCAT协议栈的具体实现，包含BASE模块、MAIN模块、CONFIG模块、CONFIGDC模块、COE等。各层的功能如下表所示。

层功能 BASE 将工业应用数据组装成 EtherCAT 帧 MAIN 顺序寻址、广播方式、配置地址、逻辑地址方式对从站读写读写从站 EEPROM CONFIG 提供邮箱模式的非过程数据读写和三缓冲模式的过程数据 PDO读写初始化从站控制器的寄存器，配置从站FMMU CONFIGDC 提供分布式时钟，实现主从站之间时钟同步 COE CANOpen Over EtherCAT FOE File Over EtherCAT SOE Sercos Over EtherCAT

2.3 应用层

APP应用层并不属于SOEM库，应用层调用SOEM提供的服务，实现具体的应用，由用户按所需自行编辑。

三、移植SOEM到嵌入式平台STM32H743

本项目的移植流程参考文献：[1]王惠娇. 基于嵌入式平台的EtherCAT主站实现研究[D].郑州大学,2018.

网上也有人提供了程序源码，如以下的链接是基于STM32H743实现，论坛链接里有提供源码！！！

EasyControl ethercat总线精简主从站方案 (amobbs.com 阿莫电子论坛

基于stm32和soem的EtherCAT主站代码分享 (amobbs.com 阿莫电子论坛

3.1 以太网口电路

移植SOEM到嵌入式平台的过程就是重写SOEM抽象层的过程。在STM32H743的开发板上，通过RMII外接一个PHY芯片，型号是LAN8720A。STM32H743的以太网口电路详见官方资料《STM32H7开发指南-HAL库版本_V1.0 66.1.1》介绍。

使用RMII接口，其电路图如下：

以太网口的电路，具体可参考网上博主的教程：基于STM32构建EtherCAT主站（SOEM方案）3_stm32 ethercat_拉松的博客

3.2 主站时钟优化

STM32H743具有400MHz的CPU频率，可是实现微秒级别精度的系统时钟。为了避免使用tick机制实现系统时钟的中断干扰，采用硬件定时器级联，将TIM3和TIM2二者级联起来，其中TIM2为32位计时器，TIM3为16位计时器，将二者连起来实现48比特系统时间。

设置TIM2频率1MHz，1us计数一次。配置TIM2输出一个1Hz的时钟信号，作为TIM3的输入端。这样，TIM2的计数值就是微秒数，TIM5的计数值是秒数。

代码如下：

//计时器通过读取CNT值实现计时避免中断的影响 TIM2 TIM3

//设置TIM2主模式，输入时钟1mhz，产生1hz的TRGO信号

//设置TIM3为从模式，时间源为TIM2更新信号

void PhyTim_EtherCAT_Init(void)

{

//-----------------TIM2初始化------------------//

TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig;

TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig; //定时器主模式配置

TIM_SlaveConfigTypeDef sSlaveConfig; //定时器从模式配置

TIM2_Handler.Instance = TIM2; //通用定时器2

TIM2_Handler.Init.Prescaler=199; //分频

TIM2_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数器

TIM2_Handler.Init.Period=1000000-1; //自动装载值

TIM2_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;//时钟分频因子

TIM2_Handler.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; //自动重装载写入新值后，计数器完成当前旧的计数后，再开始新的计数周期

HAL_TIM_Base_Init(&TIM2_Handler);

sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; //使用内部时钟源外部触发预分频器关闭预分频器 TIM2->SMCR

HAL_TIM_ConfigClockSource(&TIM2_Handler, &sClockSourceConfig); //定时器时钟配置

sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_ENABLE; //TIM2设置为主模式

sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE; // 选择更新事件作为触发输出 (TRGO)

HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&TIM2_Handler, &sMasterConfig);

HAL_TIM_Base_Start(&TIM2_Handler); //使能定时器2

//-----------------TIM3初始化------------------//

TIM3_Handler.Instance = TIM3; //通用定时器3

TIM3_Handler.Init.Prescaler = 0; //不分频

TIM3_Handler.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数器

TIM3_Handler.Init.Period = 50000; //自动装载值

TIM3_Handler.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; //时钟分频因子

HAL_TIM_Base_Init(&TIM3_Handler);

sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_ITR1; //定时器时钟源选择

HAL_TIM_ConfigClockSource(&TIM3_Handler, &sClockSourceConfig);

sSlaveConfig.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_EXTERNAL1; //外部时钟模式1 由所选触发信号 (TRGI) 的上升沿提供计数器时钟 TIM3->SMCR[2;0]=111

sSlaveConfig.InputTrigger = TIM_TS_ITR1; // 输入触发：选择 ITR0 作为输入源

sSlaveConfig.TriggerPolarity = TIM_TRIGGERPOLARITY_RISING;// 触发极性：上升沿

sSlaveConfig.TriggerPrescaler = TIM_TRIGGERPRESCALER_DIV1;// 触发预分频：无

sSlaveConfig.TriggerFilter = 0x0; // 滤波：不需要任何滤

HAL_TIM_SlaveConfigSynchronization(&TIM3_Handler, &sSlaveConfig); //定时器从模式配置

HAL_TIM_Base_Start(&TIM3_Handler);

}

//定时器底册驱动，开启时钟，设置中断优先级

//此函数会被HAL_TIM_Base_Init()函数调用

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)

{

if(htim->Instance==TIM6) //0.5ms TIM6

{

__HAL_RCC_TIM6_CLK_ENABLE();

HAL_NVIC_SetPriority(TIM6_DAC_IRQn,3,1);

HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM6_DAC_IRQn);

}

else if(htim->Instance==TIM7) //2ms TIM7

{

__HAL_RCC_TIM7_CLK_ENABLE();

HAL_NVIC_SetPriority(TIM7_IRQn,4,1);

HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM7_IRQn);

}

else if(htim->Instance==TIM2) // TIM2

{

__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();

}

else if(htim->Instance==TIM3) // TIM3

{

__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

}

//读取时间

uint32_t GetSec(void) //获取时间/秒

{

return TIM3->CNT;

}

uint32_t GetUSec(void) //获取时间/微妙

{

return TIM2->CNT;

}

参考资料：STM32定时器同步模式四种_tim_masterconfigtypedef_luowei_memory的博客

3.3 网络驱动移植

STM32H743的ETH介绍详见《STM32H7开发指南-HAL库版本_V1.0 66.1.1》，正点原子的教程也有介绍：【正点原子】手把手教你学lwIP_哔哩哔哩_bilibili

nicdrv负责Ethernet帧的打包和解包，需要实现EtherCAT帧通过MAC层发送出去，并将从MAC层接收到的EtherCAT帧送给nicdrv。Nicdrv模块的实现是EtherCAT移植的关键。

参考网上博主的介绍，相应的代码更改为H743即可。

基于STM32构建EtherCAT主站（SOEM方案）2_stm32 ethercat_拉松的博客；

基于STM32构建EtherCAT主站（SOEM方案）5_拉松的博客

在调试的时候，报错找不到从站，经过调试时PHY初始化的时候，滤波模式没有设置好（F767为混杂模式设置），修正后的代码如下：

//LAN8720初始化

int32_t Lan8720_Init(void)

{

//===============================================================MAC====================================================================

u32 sn0 = *((vu32*)(0x1FF0F420)); //获取STM32的唯一ID的前24位作为MAC地址后三字节

u8 macaddress[6]; //MAC地址

//MAC地址设置(高三字节固定为:2.0.0,低三字节用STM32唯一ID)

macaddress[0]=2; //高三字节(IEEE称之为组织唯一ID,OUI)地址固定为:2.0.0

macaddress[1]=0;

macaddress[2]=0;

macaddress[3]=(sn0>>16)&0XFF; //低三字节用STM32的唯一ID

macaddress[4]=(sn0>>8)&0XFF;

macaddress[5]=sn0&0XFF;

//硬件复位

__set_PRIMASK(1); //关闭所有中断，复位过程不能被打断！

PhyPCF8574_WriteBit(ETH_RESET_IO,1); //硬件复位

delay_ms(100);

PhyPCF8574_WriteBit(ETH_RESET_IO,0); //复位结束

delay_ms(100);

__set_PRIMASK(0); //开启所有中断

NETMPU_Config(); //MPU保护设置

ETH_Handler.Instance=ETH; //ETH

ETH_Handler.Init.MACAddr=macaddress; //MAC地址

ETH_Handler.Init.MediaInterface=HAL_ETH_RMII_MODE; //RMII接口

ETH_Handler.Init.RxDesc=DMARxDscrTab; //发送描述符

ETH_Handler.Init.TxDesc=DMATxDscrTab; //接收描述符

ETH_Handler.Init.RxBuffLen=ETH_MAX_PACKET_SIZE; //接收长度

//初始化ETH

HAL_ETH_Init(Ð_Handler);

memset(&TxConfig, 0 , sizeof(ETH_TxPacketConfig));

TxConfig.Attributes = ETH_TX_PACKETS_FEATURES_CSUM | ETH_TX_PACKETS_FEATURES_CRCPAD; //Tx数据包硬件功能

TxConfig.ChecksumCtrl = ETH_CHECKSUM_IPHDR_PAYLOAD_INSERT_PHDR_CALC; //指定校验和插入控件：启用 IP 标头校验和和有效负载校验和计算和插入

TxConfig.CRCPadCtrl = ETH_CRC_PAD_INSERT; //指定CRC和Pad插入和替换控件

//===============================================================PHY====================================================================

uint32_t idx, duplex, speed = 0;

int32_t PHYLinkState; //Lan8720状态

ETH_MACConfigTypeDef MACConf; //ETH MAC 配置结构定义

ETH_MACFilterConfigTypeDef filterDef; //ETH MAC滤波器结构定义

HAL_ETH_GetMACFilterConfig(Ð_Handler,&filterDef); //获取 ETH MAC 过滤器配置

filterDef.PromiscuousMode = ENABLE; //过滤器使能PM模式

HAL_ETH_SetMACFilterConfig(Ð_Handler,&filterDef); //设置ETH MAC 过滤器

//将内存缓冲区分配给 DMA Rx 描述符

for(idx = 0; idx < ETH_RX_DESC_CNT; idx ++)

{

HAL_ETH_DescAssignMemory(Ð_Handler, idx, Rx_Buff[idx], NULL);

}

//===============================================================LAN8720=================================================================

uint32_t regvalue = 0, addr = 0;

u32 timeout=0; //超时计时

u32 regval=0; //lan8720addr 只有一个网口默认使用0

u32 phylink=0;

HAL_StatusTypeDef rtn; //定义HAL状态结构

HAL_ETH_SetMDIOClockRange(Ð_Handler); //配置ETH MDIO接口的时钟范围

//获取lan8720地址

lan8720addr = 32;

for(addr = 0; addr <= lan8720addr; addr ++)

{

rtn = HAL_ETH_ReadPHYRegister(Ð_Handler, addr, LAN8720_SMR, ®value);

if( rtn != HAL_OK){continue;}

if((regvalue & LAN8720_SMR_PHY_ADDR) == addr)

{

lan8720addr = addr;

break;

}

if(LAN8720_WritePHY(LAN8720_BCR,LAN8720_BCR_SOFT_RESET)>=0) //LAN8720软件复位判断LAN8720寄存器读写是否正常

{

//等待软件复位完成

if(LAN8720_ReadPHY(LAN8720_BCR,®val)>=0)

{

while(regval&LAN8720_BCR_SOFT_RESET)

{

if(LAN8720_ReadPHY(LAN8720_BCR,®val)<0)

{

PHYLinkState=LAN8720_STATUS_READ_ERROR;

break;

}

delay_ms(10);

timeout++;

if(timeout>=LAN8720_TIMEOUT) break; //超时跳出,5S

}

else

{

PHYLinkState=LAN8720_STATUS_READ_ERROR;

}

else

{

PHYLinkState=LAN8720_STATUS_WRITE_ERROR;

}

//===============================================================SET=================================================================

{

delay_ms(100);

PHYLinkState = LAN8720_GetLinkState(); //读取链接状态

}while(PHYLinkState <= LAN8720_STATUS_LINK_DOWN);

//打印连接状态

printf("ETH工作状态: ");

switch (PHYLinkState)

{

case LAN8720_STATUS_100MBITS_FULLDUPLEX:

duplex = ETH_FULLDUPLEX_MODE;

speed = ETH_SPEED_100M;

printf(" 100Mb/s FullDuplex \r\n");

break;

case LAN8720_STATUS_100MBITS_HALFDUPLEX:

duplex = ETH_HALFDUPLEX_MODE;

speed = ETH_SPEED_100M;

printf(" 100Mb/s HalfDuplex \r\n");

break;

case LAN8720_STATUS_10MBITS_FULLDUPLEX:

duplex = ETH_FULLDUPLEX_MODE;

speed = ETH_SPEED_10M;

printf(" 10Mb/s FullDuplex \r\n");

break;

case LAN8720_STATUS_10MBITS_HALFDUPLEX:

duplex = ETH_HALFDUPLEX_MODE;

speed = ETH_SPEED_10M;

printf(" 10Mb/s HalfDuplex \r\n");

break;

default:

duplex = ETH_FULLDUPLEX_MODE;

speed = ETH_SPEED_100M;

printf(" 100Mb/s FullDuplex__ \r\n");

break;

}

HAL_ETH_GetMACConfig(Ð_Handler, &MACConf); //获取 MAC 和 MTL 子系统的配置

MACConf.DuplexMode = duplex; //ETH工作模式全双工/半双工

MACConf.Speed = speed; //ETH传输速度

MACConf.TransmitQueueMode = ETH_TRANSMITTHRESHOLD_128; //ETH传输模式 128字节

HAL_ETH_SetMACConfig(Ð_Handler, &MACConf); //MAC 配置

HAL_ETH_Start_IT(Ð_Handler); //开启ETH中断

HAL_ETH_BuildRxDescriptors(Ð_Handler); //将上次接收的数据包的 Rx Desc返回给 DMA

}

四、主站软件系统测试

上一节参考链接介绍，已经将Ether CAT主站协议库SOEM成功移植到嵌入式平台STM32H743上，本章从EtherCAT主站实现的有效性、可靠性、稳定性出发，对嵌入式平台的EtherCAT主站驱动从站进行测试分析。

4.1 硬件平台搭建

本项目调试所使用的伺服驱动器为英威腾的DA200，对于该伺服的介绍乐意查看以下链接：DA200交流伺服驱动器

实验平台及接线如下图所示，参考《DA200系列交流伺服驱动器中文说明书V2.2_3.2.1节》

参考说明书《英威腾SV-DA200交流伺服驱动器_EtherCAT技术指南V2.62》的第2章，在ServoPlorer软件上设置以下参数：

参数名称数值 P0.01 电机代码 2300 P0.03 控制模式选择 8 [EtherCAT 模式] P4.08 EtherCAT 同步类型 2: DCMode P4.07 EtherCAT同步周期 2: 1ms P4.09 EtherCAT 故障检测时间 100ms

4.2 EtherCAT应用层编辑

使用EtherCAT控制伺服电机，具体的配置可以总结为以下过程：

EtherCAT初始化过程相关函数配置初始化 ec_init() ec_config_init(FALSE) INVT_DA200_setup() 分配分布式时钟 ec_configdc() 配置过程数据映射 ec_config_map(&IOmap) 请求所有从站进入到安全模式

4.2.1 PDO 映射

其中的INVT_DA200_setup()为从站伺服器的PDO映射，参考《英威腾SV-DA200交流伺服驱动器_EtherCAT技术指南》介绍，具体的操作步骤为：

英威腾 PDO 映射的操作步骤代码如下：

// 英威腾 PDO 映射的操作步骤

int INVT_DA200_setup(uint16 slvcnt)

{

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1C12, 00, 0); // 1 停止PDO分配功能（将0x1C12和0x1C13的子索引0设置为0）

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1600, 00, 0); // 2 停止PDO映射功能（将0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03的子索引0全部设置为0）

EtherCAT_write32(slvcnt, 0x1600, 01, 0x60400010); // 3 设置PDO映射对象（0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03）的映射入口

EtherCAT_write32(slvcnt, 0x1600, 02, 0x607A0020); // 3 设置PDO映射对象（0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03）的映射入口

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1600, 00, 2); // 4 设置PDO映射对象（0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03）映射入口的数值

EtherCAT_write16(slvcnt, 0x1C12, 01, 0x1600); // 5 设置PDO分配对象（设置0x1C12和0x1C13的子索引1）；

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1C12, 00, 1); // 6 重新打开PDO分配功能（将0x1C12和0x1C13的子索引0设置为1）

/**********************************************************************************************************/

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1C13, 00, 0); // 1 停止PDO分配功能（将0x1C12和0x1C13的子索引0设置为0）

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1A00, 00, 0); // 2 停止PDO映射功能（将0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03的子索引0全部设置为0）

EtherCAT_write32(slvcnt, 0x1A00, 01, 0x60410010); // 3 设置PDO映射对象（0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03）的映射入口

EtherCAT_write32(slvcnt, 0x1A00, 02, 0x60640020); // 3 设置PDO映射对象（0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03）的映射入口

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1A00, 00, 2); // 4 设置PDO映射对象（0x1600~0x1603和0x1A00~0x1A03）映射入口的数值

EtherCAT_write16(slvcnt, 0x1C13, 01, 0x1A00); // 5 设置PDO分配对象（设置0x1C12和0x1C13的子索引1）；

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x1C13, 00, 1); // 6 重新打开PDO分配功能（将0x1C12和0x1C13的子索引0设置为1）

EtherCAT_write8(slvcnt, 0x6060, 00, 8); //设置操作模式：周期性同步位置模式

return 0;

}

4.2.2 EtherCAT 状态机

此外，还要实现EtherCAT状态机，状态机用于描述从站应用的状态和状态改变。状态改变请求通常由主站发起，从站响应。具体状态跳转方式如下图：

状态机的实现代码如下所示：

//EtherCAT状态机

void EtherCAT_ctrl_state(void)

{

switch (outputs1->controlword) //获取当前状态 0x6041状态字

{

case 0: //Switch on disabled

outputs1->controlword = 6; //Shutdown

break;

case 6: //Ready to switch on

outputs1->controlword = 7; //Disable voltage + Quick stop

break;

case 7: //Switched on

outputs1->targetPostion = inputs1->actualPostion; //查询【6064h： Position actual value】来获取电机实际位置反馈

outputs1->controlword = 0x0f; // Enable operation

break;

case 0x0f: //Operation enabled

if( OpenReady == 0 )

OpenReady = 1;

else

OpenReady = 0;

break;

default:

outputs1->controlword = 6; //Shutdown

break;

}

对于EtherCAT状态设置主要是对6041h状态字的查询和设置，如下图所示：

4.2.3 周期性同步位置模式

使用周期性同步位置模式控制电机转动，在该模式下，插补周期与 EtherCAT同步周期相同（本文设置为1ms）。

1、设置 6060 h为 8，选择 Cyclic Synchronous Position Mode；

2、设置 6040 h以使能驱动器，发送 0x0F；

3、逐次设置 607A h为目标位置（绝对位置），进行位置控制。

具体的操作方法如下图所示：

通过逐次设置 607A h为目标位置（绝对位置），进行位置控制，实现电机的转动。

以上是本人使用SOEM方案在STM32H743实现EtherCAT主站通讯，的整个过程，如有错误，还请指教交流。

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基于STM32的伺服总线EtherCAT主站设计——SOEM方案

本文介绍在正点原子的STM32H743开发板上，使用SOEM方案实现EtherCAT主站通讯，本文记录从零基础学习路线，从入门到移植成功控制电机转动。

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专栏目录

EtherCAT主站SOEM -- 10 -- SOEM主站通信过程函数解析

qq_50808730的博客

12-17

1189

这个函数的目的是根据给定的网络接口名称，初始化相关的数据结构，并设置Ethernet设备。总体而言，这个函数的作用是根据特定规则填充以太网头部结构体，其中目标MAC地址被设置为广播地址，源MAC地址被设置为特定的。数组值，以太网类型字段被设置为特定协议类型。数组的前三个元素，通过这种方式将源MAC地址填充到以太网头部。这三行设置目标MAC地址为广播地址，即全FF（0xffff）。，是用于设置Ethernet通信接口的。，用于填充以太网头部结构体。，该值可能是一个特定的以太网协议类型。设置以太网类型字段为。

stm32f407_ucosii__dp83848以太网芯片实现etherCAT主站程序.zip

01-21

stm32f407_ucosii__dp83848以太网芯片实现etherCAT主站程序,该程序使用stm32f407芯片，ucosii系统，dp83848以太网芯片实现etherCAT主站程序，并使用台达etherCAT伺服测试成功

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基于SOEM的EtherCat主站程序控制汇川SV660

06-02

LAN8720,DP83848，汇川SV660,SV620，无操作系统STM32F407

基于STM32构建EtherCAT主站（SOEM方案）1

cln512的博客

12-05

1万+

最近两月的周末，本人将SOEM主站移植到了STM32上，在free run模式下运行正常，可以驱动倍福的io从站；在DC模式下存在一些bug，只能驱动一部分的伺服驱动器。

准备在博客上记录一些移植过程，和大家分享一下，肯定会有一些说的不对的地方，欢迎大家批评指正。

整个移植过程其实和将lwip移植到stm32上的方法类似，SOEM主站在设计时就采用了硬件抽象层、操作系统抽象层的架构，因此改一下osal、oshw、nicdrv这几部分的代码就可以了。

当然了，移植过程中参考了许多网上资料（不限于以下几个）。在

STM32F303+LAN9252的EtherCAT实现IO、AD、DA

关于EtherCAT主站，你想知道的都在这里！ - 知乎

关于EtherCAT主站，你想知道的都在这里！ - 知乎首发于ZLG专栏切换模式写文章登录/注册关于EtherCAT主站，你想知道的都在这里！ZLG致远电子为激活更丰富的EtherCAT应用场景和创新产品，ZLG致远电子研发团队推出系统的EtherCAT主站解决方案，本篇将从软硬件方面详细介绍EtherCATNET-100M主站控制设备。EtherCAT是当今主流的高速现场总线解决方案，也是工业4.0智能制造的先进技术核心。现场总线技术适合于大数据量传输，但不适合于测控工程领域中的确定性进程通讯以及高速数据传输。因此，EtherCAT的设计目标是支持标准的以太网，并且能够以最小的硬件成本在实时控制领域开展使用，更新周期快，稳定性高。一、致远电子EtherCAT主站性能如何？EtherCATNET-100M是一款多功能以太网转EtherCAT主站设备，EtherCAT总线传输速率可达100Mb/s，可实现闭环伺服系统的实时控制与实时数据传输，具有高性能、高传输速度、高可靠性通讯等优点。集成2路EtherCAT接口，具有线缆冗余的机能。图1 EtherCATNET-100MEtherCAT主站产品功能特性概览：支持多达32轴同步和1024个EtherCAT I/O应用；运动控制伺服通讯周期不超过500us，I/O主站资料更新周期不超过200us；采用大规模可编程器件FPGA实现专用以太网MAC以优化实时性能；丰富的外设接口：主站集成1路千兆通用以太网接口、2路专用EtherCAT接口、1路CAN(FD)接口、2路USB2.0接口、1路HDMI接口、1路RS-232接口、1路SD卡接口、2路DI/DO数字输入输出；采用4GB工业级EMMC，掉电非易丢失数据；内置RTC，断电可完成计时或事件记录功能；宽输入9-48V直流供电电压，额定功耗6W；工作温度：-40℃~+85℃。二、主站系统构成EtherCATNET-100M可快速实现EtherCAT主站控制通讯，集成1路千兆通用以太网接口、2路专用EtherCAT接口、1路CAN(FD)接口、1路HDMI接口、1路SD卡接口、2路DI/DO数字输入输出等。丰富的外设接口可实现更智能化的EtherCAT主站控制。图2 主站系统构成三、环型拓扑冗余技术冗余以太网的拓扑结构包括环型、网络型和混合型拓扑，对于一般的工业以太网系统，可直接用较为简单实用的环型拓扑结构。EtherCAT主站提供两路EtherCAT专用网口，在环型拓扑结构中，将LAN1接到从站（ESC）节点1的IN口，然后从站节点1的OUT口接到下一个从站节点的IN口，依次连接，直到最后一个从站节点连接到EtherCAT主站的LAN2口，如下图所示。由于ESC从站控制器具有自动回环功能，当环形结构中出现单点故障时，EtherCAT网络信息流能在故障断点处自动回环，主站仍然可以与各个从站保持数据传输，大大增强了EtherCAT网络的可靠性与可维护性。图3 环型拓扑冗余技术四、搭载HDMI和CANFD接口，满足更多应用需求EtherCATNET-100M设备提供1路HDMI接口，用于与人机界面或PC显示器的接口通信，接口物理形式为HDMI-Type A。HDMI接口特点与电气参数：高清晰、无损压缩的数字信号传输，其分辨率达到1280x720；支持HDMI 2.0向下兼容版本规范；支持EDID和DDC2B标准；支持热插拔；具有更好抗干扰能力，实现最长10m无增益传输。设备提供1路隔离CAN(FD)接口，接口物理形式为DB9插座。支持CAN波特率40K~5Mbps，支持CAN、CANFD ISO或CANFD Non-ISO多种控制器类型，内置软件设置CAN(FD)通道120欧姆终端电阻使能开关。可高效进行CAN FD总线二次开发，满足多总线应用需求。图4 CANFD接口应用五、化繁为简的函数库EtherCAT主站库以Linux下动态链接库(so)的方式提供，可以实现EtherCAT主站控制等功能。主站可以通过函数库启动主站RPC服务器，RPC客户端可以通过网络连接到主站RPC服务器，控制主站完成EhterCAT相关的功能。函数库包含zecm.h头文件和libzecm.so动态连接库文件。zecm.h文件包含了EtherCAT主站的数据类型，数据结构以及函数声明，用户开发自定义主站需要配置交叉编译环境，将编译好的程序下载到主站上，在主站运行编译后的程序以完成EtherCAT的通信控制功能。图5 丰富的函数库传统复杂的函数，精炼为如下9条简单易用的函数库：EcatMasterLibInit，EtherCAT主站库初始化；EcatMasterLibExit，释放EtherCAT主站库；EcatSimpleStart，启动主站和RPC服务器；EcatSimpleStop，停止主站和RPC服务器；EcatRequestMasterState，发送网络管理命令；EcatGetMasterState，获取主站当前状态；EcatGetSlaveState，获取从站当前状态；EcatSetExtCtrlTaskHandler，设置用户过程数据回调函数；EcatResetExtCtrlTaskHandler，复位用户过程数据回调函数；EcatCoeSDODownload，SDO下载；EcatCoeSDOUpload ，SDO上传。六、技术一图看懂主站运行流程主站可以运行用户编写的程序，主站程序运行一般遵循的流程如下。图6 主站运行流程图发布于 2021-01-13 16:17CAN总线工业互联网/物联网平台物联网赞同 81 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录ZLG专栏工业互联网智慧化产品与解决方案

EtherCAT主站解决方案汇总2019 | Macnica Cytech

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EtherCAT主站开发“利器”——EC-Master软件协议栈 - 知乎切换模式写文章登录/注册EtherCAT主站开发“利器”——EC-Master软件协议栈盟通科技已认证账号EtherCAT是一种实时工业以太网技术，其CAT为Control Automation Technology即控制自动化技术的首字母缩写。作为一个基于以太网构筑的现场总线系统，EtherCAT具有高速和低数据丢失率的特点，可以在传输达到100M速率的同时兼具低延时与同步的特点，在要求较高的实时网络通信中是当前流行的重要工业总线。EtherCAT硬件按功能一般可分为主站和从站，相较其他网络通信技术，其从站可以快速接收和发送信息，提高整体通信效率。EtherCAT主站在整个总线网络拓扑的结构和功能中发挥主要作用，操作人员通常在主站设置与发布相应的需求和调度。主站软件程序的平台通用性与能否集成其他通讯协议，也就成为了自动化框架建立者在高标准、易交互与成本可控之间需要仔细衡量的关键指标。传统上出于性能考虑，主站程序运行在RTlinux等非图形化页面的系统上，进而带来了跨系统学习的培养成本。盟通科技在现场总线方案领域拥有近十年的技术沉淀和落地经验，面对国内现场总线需求逐年上升，而专精的网络工程师又确实较少的客观事实，推出了一个全面的EtherCAT主站软件搭建方案——EC-Master。EtherCAT产品开发矩阵示意图01EC-Master协议栈是什么？在介绍EtherCAT协议栈之前，我们需要先了解什么是协议栈。协议栈（Protocol stack），又称协议堆叠，是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。简单来说，协议栈就是计算机网络中各层协议的总和，它形象地反映了一个网络中文件传输的过程。在协议套件中，每个协议通常都是为了一个特定的目的而设计的，这样可以使得设计更容易。因为每个协议模块通常都要和上下两个其他协议模块通信，它们通常可以想象成是协议栈中的层。最低级的协议总是描述与硬件的物理交互，而每个高级的层次则增加更多的特性。用户应用程序只是处理最上层的协议。总的来说，客户可以通过协议栈来减少开发流程提高开发效率。EC-Master是一个旨在帮助有需求的用户降低EtherCAT主站软件开发难度的协议栈，该协议栈由ETG资深会员acontis和盟通科技所开发和代理，能在不同的嵌入式操作系统上运行：包含Linux（带实时和不带实时）、Windows® 7/8/10、VxWorks、QNX、RTX以及其他更多操作系统。为开发人员提供了更多的选择。EC-Master协议栈适配多款处理器，拥有丰富的功能与案例，可以使用多种编程语言来定制化地编辑内核库与需要的功能。为进一步方便开发人员，EC-Master还可以通过对应的可视化模拟软件工具和实时环境搭建工具来降低测试难度和提高可移植性能，可以说，EC-Master是盟通科技发行的一款广受好评的软件产品。EC-Master产品结构图02EC-Master具体功能有哪些？EC-Master完全符合ETG基金会公布的ETG1500 EtherCAT主站规范，它已经可以覆盖许多通用的Ether CAT主站的需求。但是EC-Master还包含了一些其他控制器、机械设备或自动化工厂使用EtherCAT技术时可能需要的其他功能。ETG的1500规范定义了ClassA和ClassB这样两种类型的主站，二者功能EC-Master均可实现:ClassA 标准的EtherCAT主站设备功能◆ 支持EtherCAT网络信息（ENI）配置文件◆ 支持检查在启动过程中对比原始配置和实际网络◆ 支持周期性的过程数据交换◆ 支持CANopen over EtherCAT (CoE)协议：SDO的上传和下载，SDO信息服务（访问CANopen对象字典），紧急情况请求◆ 支持Servo Profile over EtherCAT（SoE）协议◆ 支持Ethernet over EtherCAT（EoE）协议（虚拟交换机）◆ 支持从站与从站之间进行通信◆ 支持Safety over EtherCAT（FSoE）从站◆ 支持对从站的EEPROM和寄存器进行访问◆ 丰富的错误诊断和检测功能◆ 支持分布式时钟（DC）模式同步◆ 支持主站和网络同步（DCM）◆ 支持ADS over EtherCAT（AoE）邮箱协议◆ 支持Transfer over EtherCAT（FoE）邮箱协议◆ 支持Vendor over EtherCAT（VoE）邮箱协议ClassB 最小化的EtherCAT主站设备功能◆ 支持EtherCAT网络信息（ENI）配置文件◆ 支持检查在启动过程中对比原始配置和实际网络◆ 支持周期性的过程数据交换◆ 支持CANopen over EtherCAT (CoE)协议：SDO的上传和下载，SDO信息服务（访问CANopen对象字典），紧急情况请求◆ 支持Servo Profile over EtherCAT（SoE）协议◆ 支持Ethernet over EtherCAT（EoE）协议（虚拟交换机）◆ 支持从站与从站之间进行通信◆ 支持Safety over EtherCAT（FSoE）从站◆ 支持对从站的EEPROM和寄存器进行访问◆ 丰富的错误诊断和检测功能除此之外，EC-Master还有诸如分帧处理、扩展同步、热插拔、线缆冗余、主站冗余、EoE第三方扩展支持工具和UDP Mailbox网关支持等额外功能，这些额外功能进一步扩展了EC-Master的使用场景，更好地帮助了数据传输问题的解决。如有需要，可以与盟通科技联系并进一步地了解更多信息。03EC-Master有什么优势？相较而言，EC-Master对于开源的主站软件开发产品具有更好的稳定性和更多的功能。EC-Master的主要优势如下：◆ 低CPU负载的同时保持高性能进而实现快速的更新速率◆ 适用于多种操作系统◆ 支持的CPU架构有x86（32 位和 64 位）、ARM（32 位和 64 位）和 PowerPC (PPC)◆ 适用于 Intel、德州仪器、ST、Broadcom、Nvidia、Renesas、NXP、Xilinx 和 Infineon 等知名品牌供应商的许多处理器◆ 可靠的售后服务，协助构建完成完整的系统集成方案与基于个性化的自定义控制系统◆ 拥有大量且稳定的落地案例帮助用户参考与使用：例如，EC-Master已部署于KUKA Robot Control以及 Yaskawa、Lenze 和 Omron 等控制器中并实现落地应用。除了主要的优势以外，EC-Master还有更全面的功能、多样化的辅助工具和高性价比的价格等其他客观优势。具体场景与需求各不统一，如需了解更多针对性的方案与相关内容，欢迎大家联系EC-Master的中国指定发行方——盟通科技。专业的技术和商务人员将快速对接各位有需要的朋友，协助EC-Master的落地与应用。04EC-Master的辅助工具有哪些?盟通科技在大中华地区不仅代理发行EC-Master协议栈产品本身，也发行多款配套产品。其中，EC-Win/LxWin是以解决EC-Master实时性需求作为目标的系统级实时解决方案，这个优秀的实时解决方案不仅帮助了对EtherCAT有实时性需求的用户，也帮助了其他用户在Windows系统额外添加实时性功能，通过可视化的管理工具协助客户搭建实施应用环境，并提供了同步测试的功能，显著降低了开发成本。EC-Win实时性解决方案结构图同时，除EC-Win/LxWin解决方案外，在“以人为本，便于人机交互”的指导思想下，EC-Master开发人员同时开发与维护了多款可视化测试应用程序：EC-Engineer——专业的EtherCAT网络配置和诊断工具，EtherCAT从站仅需与运行EC-Engineer的Windows PC或者直接与主站协议栈控制系统相连接，就可以使用EC-Engineer在任何位置“离线”完成EtherCAT的配置工作，或在机器上连接真正的EtherCAT网络实现"在线"操作。该软件存在网页版本——EC-Engineer Web方便用户体验。EC-Engineer应用示意图EC-Simulator——高效的从站模拟仿真工具，EC-Simulator通过仿真EtherCAT从站设备进而实现虚拟化EtherCAT网络，可以做到没有真实的EtherCAT从站硬件的情况下同样可以运行EtherCAT主站应用的效果。EC-Simulator应用示意图EC-Inspector——可靠的EtherCAT通信分析软件，EC-Inspector 是一款从外部分析和监控 EtherCAT 网络数据帧的软件工具。该程序可以独立于主控制器使用，并且可以与任何制造商（Beckhoff，Omron，Bosch-Rexroth，Lenze，acontis等）的EtherCAT主站一起使用。EC-Inspector通过在主站与从站之间插入的TAP设备分析主站和EtherCAT从站之间的完整数据通信。EC-Inspector应用示意图以上软件产品均接受过自动化市场与行业的头部知名企业的严苛挑选，有大量实际应用案例，协助用户更方便、更稳定和更安全地部署EtherCAT服务。EC-Master的更多信息去哪里找？盟通科技作为EC-Master的指定代理发行方，积累了多年的实现项目与解决方案的经验，EC-Master的更多信息，可以在盟通科技的官网找到，客户朋友也可以通过邮箱与电话与专业的技术人员直接高效地交流，来获取更多本地化的方案与信息。官方网址：http://www.motrotech.com邮箱：info@motrotech.com电话：010-62740270发布于 2023-05-26 13:07・IP 属地北京协议栈以太网通信赞同 1添加评论分享喜欢收藏申请

面向工业机器人通信的EtherCAT主站设计与实时性研究 - 知乎

面向工业机器人通信的EtherCAT主站设计与实时性研究 - 知乎切换模式写文章登录/注册面向工业机器人通信的EtherCAT主站设计与实时性研究北方论文中国知网免费下载academic-res.com论文专利全库随着工业自动化的不断发展，以及网络大数据化、信息化、智能化普及程度的提高，传统工业总线由于存在传输速度慢、兼容性差以及成本高等问题已经无法满足当前工业环境的要求。针对工业机器人通信系统对实时性的高要求，本文基于EtherCAT工业总线提出了一种高性能的、可拓展且成本低廉的主站方案并对主站的实时性展开研究，本文的主要内容如下：首先，研究典型工业机器人控制系统软件架构，提出面向工业机器人通信的EtherCAT主站的功能需求和性能需求。从硬件环境和软件基础架构两个方面对EtherCAT主站进行选型，并针对主站功能需求，提出了 EtherCAT主站软件架构。然后，研究EtherCAT主站系统通信过程，对可能影响主站实时性的因素进行分析，找出制约主站实时性的瓶颈环节。从系统性能、网络程序驱动角度两个角度提出EtherCAT主站实时性的优化策略并进行实现。其次，结合IgH开源协议栈架构和工业机器人设备的类型特点将EtherCAT主站应用程序划分为主站初始化配置任务、伺服设备通信任务以及I/O设备通信任务，在IgH开源协议栈的基础上开发EtherCAT主站应用程序，基于Xenomai共享内存机制开发了主站应用程序与工业机器人软PLC运行系统的通信接口以及与主站配置工具的通信接口。接着，基于Qt开源GUI框架开发主站配置工具。根据EtherCAT主站的需求确定主站配置工具的功能，从主站管理、从站管理、参数配置、通信管理这几个方面，实现主站配置工具最后，设计主站系统测试方案，从功能和性能两个角度验证本文设计的面向工业机器人通信系统的EtherCAT主站的功能完整性和性能优越性，并与同类型的面向工业机器人通信的EtherCAT主站解决方案进行对比。关键词：EtherCAT；Xenomai；实时性；IgH；工业机器人通信系统。专辑：信息科技。专题：自动化技术。学科专业：控制工程（专业学位）。发布于 2023-01-23 12:49・IP 属地山东工业机器人通信EtherCAT总线步进驱动器赞同添加评论分享喜欢收藏申请

开源IgH EtherCAT主站方案，基于IMX8、ZYNQ、AM335x、T3等平台-腾讯云开发者社区-腾讯云

H EtherCAT主站方案，基于IMX8、ZYNQ、AM335x、T3等平台-腾讯云开发者社区-腾讯云创龙科技Tronlong开源IgH EtherCAT主站方案，基于IMX8、ZYNQ、AM335x、T3等平台原创关注作者腾讯云开发者社区文档建议反馈控制台首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动文章/答案/技术大牛搜索搜索关闭发布登录/注册首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动返回腾讯云官网创龙科技Tronlong首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动返回腾讯云官网社区首页 >专栏 >开源IgH EtherCAT主站方案，基于IMX8、ZYNQ、AM335x、T3等平台开源IgH EtherCAT主站方案，基于IMX8、ZYNQ、AM335x、T3等平台原创创龙科技Tronlong关注修改于 2021-10-12 11:55:063.2K2修改于 2021-10-12 11:55:06举报文章被收录于专栏：FPGA/ARM/DSP技术专栏FPGA/ARM/DSP技术专栏前言：创龙科技已基于IMX8、ZYNQ、AM5728、AM5708、AM437x、AM335x、T3/A40i等平台提供了开源EtherCAT主站IgH案例。本文档主要演示TLIMX8-EVM评估板基于IgH EtherCAT控制伺服电机方法。如需其他平台相关资料，请与我们联系。本文档适用开发环境：Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bitLinux开发环境：Ubuntu 18.04.4 64bit虚拟机：VMware15.1.0Linux SDK：5.4.70_2.3.0Kernel：linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0IgH EtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723Xenomai：xenomai-v3.1.1-g8b2052e伺服驱动器：台达ASD-A2-0121-E伺服电机：台达ECMA-C10401GS硬件平台：TLIMX8-EVM评估板（NXP i.MX 8M Mini）IgH EtherCAT为运行于Linux系统的免费开源EtherCAT主站程序，框架如下所示，官方文档：https://www.etherlab.org/download/ethercat/ethercat-1.5.2.pdf。图 1IgH EtherCAT主站通过构建Linux字符设备，应用程序通过对字符设备的访问实现与EtherCAT主站模块的通信。IgH EtherCAT开发包提供EtherCAT工具，该工具提供各种可在Linux用户层运行的命令，可直接实现对从站的访问和设置，如设置从站地址、显示总线配置、显示PDO数据、读写SDO参数等。IgH EtherCAT官网：https://www.etherlab.org/en/ethercat。案例功能：控制伺服电机正转和反转。图 2为便于测试，我司提供已验证的基于Xenomai编译生成的内核镜像文件和设备树镜像文件，位于案例"igh_ethercat_dc_motor\kernel-xenomai\images\linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0\"目录下，请替换至Linux系统启动卡BOOT分区下。同时将linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0目录下的module驱动压缩包5.4.70-g8d94618.tar.gz，解压至Linux系统启动卡rootfs分区"lib/modules/"目录下。备注：如需使用由内核源码重新编译生成的内核镜像文件、设备树文件和modules驱动，请参考Linux系统使用手册将编译的module驱动安装至Linux系统启动卡中，默认安装后module驱动目录为5.4.70。图 3请按下图所示使用网线连接评估板RGMII ETH网口和伺服驱动器A的IN网口，将伺服驱动器A的OUT网口使用网线连接至伺服驱动器B的IN网口。图 4图 5为便于测试，我司提供的经验证的IgH EtherCAT主站程序为案例"igh_ethercat_dc_motor\igh_ethercat\images\ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723\"目录下的ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz压缩包，在Ubuntu下解压即可得到IgH EtherCAT主站程序文件夹。将IgH EtherCAT主站程序文件夹整个拷贝至评估板文件系统，执行如下命令查询评估板网卡物理地址。本次测试将IgH EtherCAT主站程序文件夹命名为__install。Target# ifconfig图 6执行如下命令，加载驱动模块。Target# insmod /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_master.ko main_devices=ce:bb:9d:3b:d3:6b图 7执行如下命令，拷贝EtherCAT主站相关文件至评估板文件系统。Target# cp /home/root/EtherCAT/__install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfigTarget# cp /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_master.ko /lib/modules/5.4.70-g8d94618 //模块驱动名称可通过"uname -r"查看Target# depmod //同步模块依赖关系图 8执行如下命令，启动EtherCAT主站。Target# /home/root/EtherCAT/__install/etc/init.d/ethercat start图 9执行如下命令，加载ec_generic.ko驱动文件。Target# insmod /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_generic.ko图 10执行如下命令，添加IgH动态链接库路径。Target# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/root/EtherCAT/__install/lib图 11将案例igh_ethercat_dc_motor可执行文件拷贝至评估板文件系统，执行如下命令查看参数信息。Target# ./igh_ethercat_dc_motor --help图 12执行如下命令，控制两台伺服电机同时正转。Target# ./igh_ethercat_dc_motor -d 0图 13图 14按下"Ctrl+C"，停止运行程序。图 15执行如下命令，控制两台伺服电机同时反转。Target# ./igh_ethercat_dc_motor -d 1图 16图 17按下"Ctrl+C"，停止运行程序。图 18备注：案例设置EtherCAT周期为1.1ms，同时串口循环打印EtherCAT周期的最小值和最大值。参数解析：4.1IgH EtherCAT主站程序编译IgH EtherCAT主站程序的编译需依赖于基于Xemomai生成的内核，请参考Linux系统使用手册将案例"igh_ethercat_dc_motor\kernel-xenomai\src\"目录下的linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0内核源码进行编译后，再编译IgH EtherCAT主站程序。请将案例"igh_ethercat_dc_motor\igh_ethercat\src\"目录下的IgH EtherCAT主站程序开发包ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz拷贝至Ubuntu工作目录，执行如下命令进行解压。Host# mkdir EtherCATHost# tar -xvf ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz -C EtherCAT/图 19进入解压目录，执行如下命令生成configure文件。Host# ./bootstrap图 20执行如下命令，加载SDK环境变量并进行配置。Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linuxHost# mkdir __install //创建__install文件夹用于存放生成的文件Host# ./configure --prefix=/home/tronlong/EtherCAT/__install --with-linux-dir=/home/tronlong/kernel-xenomai/ --enable-8139too=no --enable-generic=yes --host=aarch64-poky-linux备注："/home/tronlong/kernel-xenomai/"为案例提供的内核源码目录。图 21图 22执行如下命令，进行编译。Host# make图 23图 24执行如下命令，编译驱动。Host# make modules图 25图 26执行如下命令，将生成的IgH EtherCAT主站程序安装至指定路径下。Host# make install systemdsystemunitdir=/home/tronlong/EtherCAT/__install图 27图 28执行如下命令，将驱动文件拷贝至"__install/modules/"目录下。Host# mkdir -p __install/modulesHost# cp ./master/ec_master.ko ./__install/modules/Host# cp ./devices/ec_generic.ko ./__install/modules/图 294.2igh_ethercat_dc_motor案例编译igh_ethercat_dc_motor案例的编译需基于IgH EtherCAT主站程序，请先编译IgH EtherCAT主站程序。请将案例"igh_ethercat_dc_motor\src\"目录拷贝至Ubuntu工作目录下，进入src目录执行如下命令修改Makefile相关内容为IgH EtherCAT主站程序对应目录。Host# vi Makefile图 30图 31然后执行如下命令，加载SDK环境变量并进行编译。编译完成后，将在当前目录下生成可执行文件。Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linuxHost# make图 32图 332.创建域。图 343.配置PDO。图 354.为域注册PDO条目。图 365.激活Master。图 376.修改当前进程优先级。图 387.进入循环周期任务。图 398.在周期任务中设置驱动器操作模式、加速度和减速度，分别发送0x6、0x7、0xF使驱动器处于ON状态。图 409.发送目标速度，转动电机。图 41Xenomai是一个免费开源的Linux平台实时框架，通过使用与Linux内核并行运行的实时协同内核(real-time co-kernel)处理所有对时间要求严格的活动，例如处理中断和调度实时线程。Cobalt core比原生Linux与RT-Linux内核具有更高的优先级。图 42图 436.1编译说明案例使用的Xenomai版本为3.1.1，开发包为案例"igh_ethercat_dc_motor\xenomai\src\"目录下的xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz，将其拷贝至Ubuntu工作目录下，执行如下命令进行解压。Host# mkdir XenomaiHost# tar -xvf xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz -C Xenomai/图 44进入解压目录，执行如下命令在当前目录生成configure文件。Host# ./scripts/bootstrap图 45执行如下命令，加载SDK环境变量并进行配置，请确保已正确安装交叉编译工具。Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linuxHost# ./configure --build=i686-pc-linux-gnu --host=aarch64-poky-linux --disable-debug --enable-smp --with-core=cobalt图 46图 47Host# mkdir __install //创建__install文件夹用于存放生成的文件Host# make DESTDIR=/home/tronlong/Xenomai/__install install图 48编译完成后，将在__install目录下生成usr文件夹。图 496.2测试说明为便于测试，我司提供的经验证的Xenomai测试程序为案例"igh_ethercat_dc_motor\xenomai\images\xenomai-v3.1.1-g8b2052e\"目录下xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz压缩包，在Ubuntu下解压即可得到Xenomai测试程序文件夹。请使用已替换内核的Linux系统启动卡启动评估板，将Xenomai测试程序文件夹整个拷贝至评估板文件系统，执行如下命令拷贝Xenomai相关文件和设置动态链接库。本次测试将Xenomai测试程序文件夹命名为__install。Target# cp -r Xenomai/__install/usr/xenomai/ /usr/Target# export LD_LIBRARY_PATH=/usr/xenomai/lib:$LD_LIBRARY_PATH图 50Xenomai的测试工具均位于"/usr/xenomai/bin/"目录下，可调用对应测试工具进行测试。图 51使用Cyclictest工具进行实时性能基准测试。Target# echo 0 > /proc/xenomai/latencyTarget# /usr/xenomai/demo/cyclictest -t5 -p98 -m -n图 52表 1 Cyclictest测试结果说明原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。嵌入式armlinux存储接口测试原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。嵌入式armlinux存储接口测试评论登录后参与评论0 条评论热度最新登录后参与评论推荐阅读LV.关注文章0获赞0相关产品与服务对象存储对象存储（Cloud Object Storage，COS）是由腾讯云推出的无目录层次结构、无数据格式限制，可容纳海量数据且支持 HTTP/HTTPS 协议访问的分布式存储服务。腾讯云 COS 的存储桶空间无容量上限，无需分区管理，适用于 CDN 数据分发、数据万象处理或大数据计算与分析的数据湖等多种场景。免费体验产品介绍产品文档COS新用户专享存储包低至1元，新老同享存储容量低至0.02元/GB/月，立即选购！

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基于赛灵思FPGA板卡的高性能EtherCAT主站方案

judy 在周三, 08/03/2022 - 16:16 提交

技术背景

EtherCAT 是开放的实时以太网通讯协议，由德国倍福自动化有限公司研发。EtherCAT 具有高性能、低成本、容易使用等特点，目前在工业领域有着广泛的应用。

ZCU102 评估套件可帮助设计人员快速启动面向汽车、工业、视频以及通信应用的设计。该套件具有基于 Xilinx 16nm FinFET+ 可编程逻辑架构的 Zynq UltraScale+ MPSoC 器件，提供一款四核 ARM Cortex-A53、双核 Cortex-R5F 实时处理器以及一款 Mali-400 MP2 图像处理单元。ZCU102 支持所有可实现各种应用开发的主要外设及接口。

KPA EtherCAT 主站是一套质量稳定、知名度和性价比较高的 EtherCAT 协议栈，有较大参考价值。本文将介绍KPA EtherCAT 主站在ZCU102平台的移植与测试。

KPA EtherCAT介绍

　　EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一种用于确定性以太网的高性能工业通信协议，它扩展了 IEEE 802.3 以太网标准，使得数据传输中具有可预测性定时及高精度同步等特点。这个开放性标准作为 IEC 61158 的组成部分，常用于机械设计及运动控制等应用中。

01 KPA EtherCAT主站软件介绍

　　KPA EtherCAT主站软件根据功能不同，提供了Basic，Standard，Premium以及Extension四个版本主站协议栈，因此除了支持ETG1500定义了Class A和Class B两种主站类型外，KPA还支持一些拓展功能比如：Data- and Frame-Logger（记录数据和报文）、Access Rights（设置不同的访问权限）Multi Master（多主站，冗余）、Cable Redundancy （线缆冗余）、Hot-Connect（热插拔）、其他。

　　提供了基于多种不同硬件平台和OS的现成开发包，支持SoC（ARM+FPGA）/ARM/X86 /PowerPC等主流硬件平台，支持Linux（Xenomai/RT-preempt）/ Windows(INtime/RTX)/ QNX/ Ucos/ Vxworks等。几乎满足目前所有用户主站开发要求的一款主站方案。

　　KPA主站协议栈采用模块化的架构，可以实现每个特殊的项目应用。它使得主站可以自由扩展以适应不同大小的应用程序、可以移植不同的操作系统和各种各样的硬件平台。每个模块可以单独定制化或者二次开发，而且不会破坏其他模块的完整性。主站结构如下图：

KPA主要功能模块为：

　　（1）应用层：应用层负责与各种不同的编程/配置环境交互，负责与不同的应用或设备交互。确保在应用或过程任务端顺利访问主站功能函数；与主站通过Remote Procedure Calls服务交互，提供了TCP/IP以及UDP连接，比如：通过UDP与从站设备进行mailbox相关的通讯。

　　（2） Mailbox Module：EtherCAT主站核心mailbox模块利用不同的协议处理服务数据对象（SDP），数据传输以及数据交换。支持CoE,FoE，EoE，SoE,VoE，AoE等邮箱服务。

　　（3） Process Image Module过程映像模块：Process Image简称PI，它的地址是由EtherCAT network information (ENI) 文件提出的，ENI文件可由配置工具KPA Studio自动生成。从控制/过程任务访问过程映像是由主站接口执行的。

　　（4） Distribution Clock分布时钟模块：使得所有的EtherCAT设备（包括主站和从站）总是能够共享相同的EtherCAT系统时间。这是通过补偿编译和漂移时间来实现的。

　　（5） Frame Schedule Module帧调度模块：不同PDO采用不同的扫描周期。在配置工具KPA Studio里，用户可以单独定义每个从站的扫描速率。帧调度表模块管理EtherCAT帧速率，转发它们到EtherCAT网络驱动。

　　（6） OSAL操作系统抽象层模块：包含与操作系统相关的功能函数的包装，比如处理线程、计时器、互斥量等；包括网络适配驱动器模块：从底层的网络实现提取主站堆栈的core核心。

02 KPA EtherCAT Master主站冗余技术

　　与其他基于以太网的工业接口不同，EtherCAT使用hop-to-hop通信协议: 数据报文对连接到总线的所有从设备都是通用的，并且它从一个设备传递到另一个设备。主站是管理者，它循环地创建带有读或写请求，输入输出数据报文，并以严格的时间间隔将其发送到总线。每个从站设备可以插入(写入)或提取(读取)明确寻址到它的数据块。

　　该功能原本旨在有效地利用总线吞吐量，但对于容错也非常有用：连接到总线的任何设备都完全知道所有从站的活动，并且可以透明地获取或嗅探总线主站和从站之间传输的数据。用户无需修改任何从站设备、添加任何其他信号或更改传输协议，并且此功能不会增加任何成本(除了更智能的主设备)。

　　KPA EtherCAT Master 使用此边缘效应将另一个总线主控(或多个主控)引入总线。在正常操作期间，此冗余主站是被动的，能够嗅探数据但不能输入自己的报文。被动主站被认为是次要的，而活动的主站被认为是主要的。由于所有辅助主站都与总线活动一致，因此当后者失败时，它们随时可以取代主要主站。

另外，为了检测总线上的异常情况，辅助主站可以不需要任何专用控制设备或附加信号线。EtherCAT报文定期、严格地按时间间隔进行。当一个辅助被动主站没有收到他期望的报文时，就知道总线上已经不再有主站了。冗余主站可以立即接管控制，发送自己的报文而没有必要等到当前周期结束。这个报文将是正确的和有意义的，因为辅助主站正在追踪所有的变化，成为有故障主站的替换。

　　启用主站冗余的EtherCAT配置包括一个活动的(主站)主设备和一个或多个被动的(辅助)主设备。主设备可能不会配置为Master Redundancy，但最好使用 KPA EtherCAT Master软件来使该技术发挥最大的效用。辅助主站作为影子代理连接到总线。它嗅探传输中的数据报文而没有任何变化。同时，该主站计算每个电报到达的时间并跟踪预期和实际到达时间之间的可能延迟。

03 KPA EtherCAT主站硬件介绍

　　主站硬件主要由三部分组成见下图：ZCU102主站开发板以及外扩的FMC网卡。KPA MAC IPcore在PL端构建了FPGA网卡，FreeRTOS master既可以运行在R5 CPU中也可以运行在A53 CPU中，另外需要一台PC通过串口终端来实现操作系统指令输入，PC端上的EtherCAT网络诊断配置工具KPA EtherCAT Studio通过RPC服务连接ZCU102主站板，可以实现对主站和从站的配置，扫描生成网络配置文件。

KPA EtherCAT主站移植

硬件开发板

Xilinx HW-Z1-ZCU102 revision1.1

EtherCAT主站软件开发包

MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip

HW_SAMPLE_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip

软件编译

将MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip解压到mdk_a53文件夹下

进入\mdk_a53\samples路径下修改对应样例程序，此处每个不同的样例程序包含不同的API，具有不同的功能，此处以24_DriveRotationCiA402为例，这是一个简单运行单轴伺服的样例程序，为了适配迈信伺服驱动器，需保持C文件中的描述和ENI文件描述一致，修改后保存

进入\mdk_a53下，打开build.bat，修改编译器路径，路径是xilinx SDK安装路径

运行cmd，进入该路径下，运行build.bat,编译所有样例代码，包括编译24样例，在\build\samples路径下生成24_DriveRotationCiA402.elf文件

创建运行程序

进入mdk_a53\externals\boot路径，根据readme文件以及24_DriveRotationCiA402.bif文件；

拷贝zcu102_freeRTOS内vivado工程生成的design_1_wrapper.bit()文件到该路径下,覆盖原来bit文件；

拷贝zcu102_freertos\project_1\project_1.sdk\fsbl\Release下的fsbl.elf到该路径下，覆盖原来fsbl.elf文件；

拷贝\build\samples路径下生成的24_DriveRotationCiA402.elf到该路径下；

拷贝生成的ENI文件（master.xml）文件到该路径下

打开Xilinx XSCT tool进入到\externals\boot路径下，生成boot.bin

将boot.bin文件拷贝到SD卡中，设置开发板SD卡启动，上电运行

主站性能数据

网络配置：Beckhoff EK1100+EL1004+EL2004+EL6692 (60 bytes frame)。

运行在R5 CP（x32）上测试数据：

运行在A53 CPU（x64）上测试数据：

第三方抓包工具性能分析方法

一般情况下EtherCAT主站性能测试会关注主站通讯周期，circle time是否稳定，抖动多少，因此可以设置在不同的circle time，比如2ms，1ms，500us，250us，125us等条件下测试抖动，可以采用第三方的抓包工具+wireshark进行报文分析，不同主站周期，需要修改代码以及ENI文件的circle time，此处以1ms主站周期，邮箱任务周期是5ms（主站周期的5倍）。

对Wireshark数据包进行针对性分析，设置时间显示格式如下

　使用ecat.ado == 0x130命令，过滤出从站在第几条报文处进入op状态的，这里是33900，意味着33900前的报文不能用于分析circle time，因为pdo数据/周期性数据只在从站进入op后才被发送。

分析周期性报文，注意到每个周期性报文包含三个子报文(逻辑寻址)以及一个DC相关的ARMW命令

　过滤出周期性报文，使用该指令ecat.sub1.cmd == LRD && ecat.sub1.cnt == 0，过滤出子报文1为LRD且计算器值为0（表示从主站发出，未经过从站）的周期性报文，选择三角进行报文排序，可以是从小到大，或者从大到小，最小周期是999.496us。

本文转载自：cechina

EtherCAT

ZCU102

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5683

2020-04-19 20:43:12

未经作者授权，禁止转载501416420本课程由虹科首席技术工程师陈海焕陈工为我们介绍EtherCAT主站的实现方案以及性能的相关影响因素。本站仅上架部分工业通讯相关课程，如需了解更多，敬请关注公众号【工业通讯】→进入【虹科云课堂】查看更多！五一期间，虹科云课堂往期直播82节课程限时免费回看，更有邀请达人参与抽奖活动等你来！科技科工机械工业通讯协议EtherCAT主站

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