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ethercat 主站 FPGA verilog 代码 一份基于FPGA的EtherCAT主站的Verilog代码实现_fpga ethercat-CSDN博客
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ethercat 主站 FPGA verilog 代码 一份基于FPGA的EtherCAT主站的Verilog代码实现
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 ethercat 主站 FPGA verilog 代码
EtherCAT是一种高性能实时控制网络协议，它在工业自动化、机器视觉、智能电力等领域得到越来越广泛的应用。作为EtherCAT网络的核心，主站需要实现高速数据帧的发送和接收，以及各种EtherCAT从站的管理。为了满足高性能和高可靠性的需求，许多主站的实现采用了FPGA技术。
本文将介绍一份基于FPGA的EtherCAT主站的Verilog代码实现。该代码实现了全部EtherCAT主站的核心功能，包括物理层的接口、帧的发送与接收、以及从站的管理。其中，采用了多路DMA技术和FIFO缓存技术，使得以太网MAC层的数据处理效率得到了显著提高。
在物理层接口部分，我们采用了 industry standard GMAC10/100Mbps ethernet MAC芯片，实现了MAC和PHY之间的连接。在帧的发送和接收部分，我们采用了FPGA硬件实现的TCP/IP协议栈，实现了高速的数据帧处理。同时，为了提高数据处理的效率，我们采用了多路DMA技术，在数据传输过程中，通过多条DMA通道同时传输数据，减少了数据传输的等待时间。
在从站的管理方面，我们实现了自动识别从站的功能，并向所有从站发送广播消息，以初始化各从站。同时，我们还实现了从站配置信息的读取和设置功能，可以通过主站对从站进行灵活的配置，以适应不同场景下的需求。
总体而言，我们的EtherCAT主站FPGA Verilog代码实现了EtherCAT网络的核心功能，具有高效、高性能和高可靠性的特点。通过该代码，可以为工业自动化、智能电力等领域的系统提供高性能和高效的数据通信支持。
ECAT运动控制器ARM软件设计
一、ARM向FPGA发送目标位置
1、对应的操作地址
`define CUR_POS_SERVO 1
`define TARGET_CUR_POSL 2
`define TARGET_CUR_POSH 3
2、操作步骤
下发每个轴的位置时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要发送目标位置的伺服；
再通过写地址2向FPGA写目标位置的低16bit；
再通过写地址3向FPGA写目标位置的高16bit。
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ethercat 主站 FPGA verilog 代码 一份基于FPGA的EtherCAT主站的Verilog代码实现
同时，为了提高数据处理的效率，我们采用了多路DMA技术，在数据传输过程中，通过多条DMA通道同时传输数据，减少了数据传输的等待时间。为了满足高性能和高可靠性的需求，许多主站的实现采用了FPGA技术。同时，我们还实现了从站配置信息的读取和设置功能，可以通过主站对从站进行灵活的配置，以适应不同场景下的需求。通过参数设置端口，依次将各个伺服设置成模式6，再依次发送控制字31，再依次去读取状态字，如果读到某个轴的状态字是回零完成，就将该轴的控制字写回15，并然后通过参数设置接口将其模式设置为8。
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EtherCAT主站程序代码详解
m0_56451176的博客
12-10
545
/ 任务周期（以 ns 为单位）#define MAX_SAFE_STACK (8 * 1024) //保证安全访问而不会出现故障的最大堆栈大小//常数PERIOD_NS: 定义了任务的周期，以纳秒（ns）为单位。在这里，周期被设置为 1000000 ns，即 1 毫秒。: 定义了最大的安全栈大小，单位是字节。在这里，最大安全栈大小被设置为 8 * 1024 字节，即 8 KB。这个值通常与实时系统中线程栈的大小相关，确保线程的栈不会溢出。: 定义了一秒钟内的纳秒数，即 1000000000 ns。
ethercat 主站 FPGA verilog 代码
05-23
ethercat 主站 FPGA verilog 代码
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08-02
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图片来源：虹科电子技术背景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® UltraScal...
一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码ethercat 主站 FPGA verilog 代码
EOxGWmE的博客
01-11
348
本文详细介绍了基于FPGA的EtherCAT主站的设计原理、功能实现以及性能评估，为实现高性能EtherCAT主站的硬件方案提供了有益的参考。通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中，有效提升了EtherCAT现场总线的同步性能和高效性。2.2 EtherCAT与FPGA的结合 通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中，可以极大地提升EtherCAT主站的同步性能和高效性。关键词：FPGA，EtherCAT，同步性能，高效性，硬件实现。
一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 EtherCAT通信协议、FPGA
2301_78846259的博客
06-25
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EtherCAT使用主从结构，其中主站负责控制和协调网络中的从站设备。通过EtherCAT，主站可以实时地与多个从站设备进行通信，实现高效的数据传输和控制。主站负责控制和协调整个网络，而从站则负责执行主站下发的指令和提供实时数据。主站可以同时与多个从站进行通信，实现高效的分布式控制。主站通过一个特殊的EtherCAT数据帧将指令和数据发送给从站，从站接收到数据后，根据指令进行相应的操作，并将结果返回给主站。EtherCAT的设计目标是提供低延迟、高带宽和实时性能，以满足工业自动化领域对实时通信的需求。
基于ARMFPGA的EtherCAT主站设计及实现
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基于ARMFPGA的EtherCAT主站设计及实现，讲解了基于ARM与FPGA的EtherCAT主站实现。
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1.高速传输能力： EtherCAT协议能够支持高达100Mbit/s的通讯速率，而EtherCAT主站FPGA Verilog代码在FPGA硬件平台上的实现，能够更快速地进行数据的处理和转发，有效提升了通讯速率和传输效率；用户可以根据具体的需求，灵活地调整和扩展EtherCAT主站控制器的功能和性能，满足不同应用领域的需求。综上所述，EtherCAT主站FPGA Verilog代码基于FPGA硬件平台的设计实现，具有高速传输、实时响应、可扩展等性能优势，在工业自动化、机器人控制等领域有着广泛的应用前景。
信迈基于FPGA ZYNQ的Ethercat高实时工业控制解决方案
YEYUANGEN的专栏
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同步性能好，主站和各个从站设备可以达到远小于1us的时钟同步精度（4轴实测50ns）
性能对比：
更多性能对比总结：
............
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01-13
530
基于FPGA的EtherCAT主从站设计与实现 ethercat 主站 FPGA verilog 代码。
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11-12
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在FPGA与ET1100通信的方案中，Verilog语言作为一种硬件描述语言，被应用于实现EtherCAT从站的各种功能模块，例如帧解析、数据处理等。综上所述，FPGA与ET1100通信的方案，是一个基于EtherCAT协议的从站方案，它采用了基于硬件的实现方式，具有高度的可控性和实时性。未来，我们相信FPGA与ET1100通信的方案将会更加成熟和稳定，为工业自动化领域的可控性和实时性提供更好的支持。FPGA与ET1100通信的方案，是一个基于EtherCAT协议的从站方案，本文将对它进行详细阐述和分析。
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FPGA静态时序分析与约束（一）、理解亚稳态
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2. 政策导向与支持：多个国家和地区政府都把集成电路产业作为战略新兴产业加以重点扶持，特别是在中国，政府提出了明确的目标和一系列政策支持措施，旨在提高芯片自给率和本土创新能力，为IC设计行业创造了有利的发展环境。1. 技术发展趋势：随着5G、人工智能、物联网、自动驾驶、云计算等高新技术的快速发展和广泛应用，对集成电路尤其是高性能、低功耗、定制化芯片的需求将持续攀升，这为IC设计行业提供了丰富的市场机遇。总的来说，如果具备足够的准备和条件，2024年进入IC设计行业依然是一个可行的选择。
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whm128的博客
03-09
1293
7系列FPGA的时钟结构图：Clock Region：时钟区域，下图中有6个时钟区域，用不同的颜色加以区分出来Clock Backbone：从名字也能看出来，这个一个纵向贯穿整个FPGA的时钟资源，把FPGA的clock region分成了两个部分，所有的全局时钟都要从这经过。可以看到BUFG都在Clock Backbone上。Clocking Center就是Backbone中间的分割线。
基于stm32平台的ethercat主站 源代码 例程
07-26
基于STM32平台的EtherCAT主站的源代码例程是指用于实现EtherCAT主站功能的代码示例。EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种以太网通信协议，它可以实现高性能、实时性的工业控制系统。STM32是一种微控制器系列，常用于嵌入式系统和物联网设备。
在该源码例程中，主要包括以下几个方面的功能：
1. 初始化EtherCAT主站：设置STM32与EtherCAT总线之间的通信参数和初始化相关硬件资源，如CAN接口和中断。
2. EtherCAT主站通信：与其他EtherCAT设备进行通信，包括发送和接收数据报文，处理EtherCAT帧以及实现EtherCAT协议的各个功能。
3. 处理从站设备：与连接到EtherCAT总线上的从站设备进行通信，包括配置从站设备、发送和接收从站设备的数据等。
4. 实现EtherCAT主站的主要功能：根据实际需求，可以添加不同的功能模块，如数据采集、控制逻辑等。
该源代码例程可能包含多个文件，其中可能包括主函数文件、EtherCAT主站驱动文件、CAN通信文件、EtherCAT协议处理文件等。开发者可以根据具体需求进行修改和扩展。
通过使用该源代码例程，开发者可以在STM32平台上快速开发出具有EtherCAT通信功能的主站设备，以满足工业自动化控制系统的需求。但需要注意，由于EtherCAT协议本身较为复杂，对于初次接触EtherCAT的开发者来说，可能需要一定的学习和熟悉过程。
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 ethercat 主站 FPGA verilog 代码_fpga ethercat主站-CSDN博客
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 ethercat 主站 FPGA verilog 代码
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 ethercat 主站 FPGA verilog 代码 涉及到的知识点和领域范围是：EtherCAT通信协议、FPGA（现场可编程门阵列）和Verilog（硬件描述语言）。
首先，让我们来介绍一下EtherCAT通信协议。EtherCAT是一种高性能实时以太网通信协议，用于工业自动化领域。它基于以太网技术，具有低延迟、高带宽和实时性的特点。EtherCAT使用主从结构，其中主站负责控制和协调网络中的从站设备。通过EtherCAT，主站可以实时地与多个从站设备进行通信，实现高效的数据传输和控制。
接下来，让我们了解一下FPGA。FPGA是一种可编程逻辑器件，它可以根据用户的需求进行配置和重新编程。FPGA内部由大量的可编程逻辑单元和存储单元组成，可以实现各种数字逻辑功能。FPGA在嵌入式系统和数字电路设计中得到广泛应用，可以用于实现各种复杂的功能和算法。
最后，我们来了解一下Verilog。Verilog是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的结构和行为。它可以用于编写FPGA的配置文件，描述逻辑电路的功能和连接关系。Verilog具有类似于C语言的语法结构，可以方便地描述数字电路的行为和时序。 当谈到工业自动化领域中的实时以太网通信协议时，EtherCAT是一个非常重要的协议。EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种高性能实时以太网通信协议，它在工业控制系统中被广泛应用。
EtherCAT的设计目标是提供低延迟、高带宽和实时性能，以满足工业自动化领域对实时通信的需求。它基于以太网技术，通过在数据包中嵌入实时数据，实现了高效的数据传输和控制。
EtherCAT的通信结构
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 ethercat 主站 FPGA verilog 代码
EtherCAT使用主从结构，其中主站负责控制和协调网络中的从站设备。通过EtherCAT，主站可以实时地与多个从站设备进行通信，实现高效的数据传输和控制。主站负责控制和协调整个网络，而从站则负责执行主站下发的指令和提供实时数据。主站可以同时与多个从站进行通信，实现高效的分布式控制。主站通过一个特殊的EtherCAT数据帧将指令和数据发送给从站，从站接收到数据后，根据指令进行相应的操作，并将结果返回给主站。EtherCAT的设计目标是提供低延迟、高带宽和实时性能，以满足工业自动化领域对实时通信的需求。
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 EtherCAT通信协议、FPGA
2301_78846259的博客
06-25
401
EtherCAT使用主从结构，其中主站负责控制和协调网络中的从站设备。通过EtherCAT，主站可以实时地与多个从站设备进行通信，实现高效的数据传输和控制。主站负责控制和协调整个网络，而从站则负责执行主站下发的指令和提供实时数据。主站可以同时与多个从站进行通信，实现高效的分布式控制。主站通过一个特殊的EtherCAT数据帧将指令和数据发送给从站，从站接收到数据后，根据指令进行相应的操作，并将结果返回给主站。EtherCAT的设计目标是提供低延迟、高带宽和实时性能，以满足工业自动化领域对实时通信的需求。
ethercat 主站 FPGA verilog 代码 一份基于FPGA的EtherCAT主站的Verilog代码实现
cKzWwThX的博客
11-17
402
同时，为了提高数据处理的效率，我们采用了多路DMA技术，在数据传输过程中，通过多条DMA通道同时传输数据，减少了数据传输的等待时间。为了满足高性能和高可靠性的需求，许多主站的实现采用了FPGA技术。同时，我们还实现了从站配置信息的读取和设置功能，可以通过主站对从站进行灵活的配置，以适应不同场景下的需求。通过参数设置端口，依次将各个伺服设置成模式6，再依次发送控制字31，再依次去读取状态字，如果读到某个轴的状态字是回零完成，就将该轴的控制字写回15，并然后通过参数设置接口将其模式设置为8。
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码ethercat 主站 FPGA verilog 代码
EOxGWmE的博客
01-11
348
本文详细介绍了基于FPGA的EtherCAT主站的设计原理、功能实现以及性能评估，为实现高性能EtherCAT主站的硬件方案提供了有益的参考。通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中，有效提升了EtherCAT现场总线的同步性能和高效性。2.2 EtherCAT与FPGA的结合 通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中，可以极大地提升EtherCAT主站的同步性能和高效性。关键词：FPGA，EtherCAT，同步性能，高效性，硬件实现。
EtherCAT主站FPGA Verilog代码的性能分析
jxcwgir的博客
08-17
412
1.高速传输能力： EtherCAT协议能够支持高达100Mbit/s的通讯速率，而EtherCAT主站FPGA Verilog代码在FPGA硬件平台上的实现，能够更快速地进行数据的处理和转发，有效提升了通讯速率和传输效率；用户可以根据具体的需求，灵活地调整和扩展EtherCAT主站控制器的功能和性能，满足不同应用领域的需求。综上所述，EtherCAT主站FPGA Verilog代码基于FPGA硬件平台的设计实现，具有高速传输、实时响应、可扩展等性能优势，在工业自动化、机器人控制等领域有着广泛的应用前景。
EtherCAT 主站 FPGA Verilog 代码
2301_78835236的博客
06-22
237
FPGA的应用非常广泛。它可以用于实现硬件加速，例如在图像处理、机器学习和密码学等领域中，通过在FPGA上实现特定算法，可以获得比传统软件实现更高的性能。FPGA的基础知识和应用：我可以讲解FPGA的基本结构和工作原理，以及如何使用硬件描述语言（如Verilog）进行FPGA设计。EtherCAT的工作原理和应用：我可以解释EtherCAT协议的基本原理、通信方式和在工业自动化中的应用。Verilog的语法和用法：我可以详细介绍Verilog的语法规则、模块化设计和时序控制等方面的知识。
基于FPGA的EtherCAT从站通信链路分析与验证
10-16
EtherCAT是工业控制领域广泛应用的现场总线之一，从站控制器ESC（EtherCAT Slave Controller）是从站模块实现EtherCAT协议数据通信的关键，对从站控制芯片实现自主可控是工业控制系统国产化研发的重要基础。基于EtherCAT通信协议及基本通信功能逻辑，设计了EBUS编码/解码、Auto-forwarder、Loop-back function关键通信节点的FPGA状态机，并通过解析各阶段数据状态变化，验证了各节点通信数据的正确性。实验结果表明，基于上述状态机的FPGA实现EtherCAT从站基本通信链路是完全可行的。
[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题
ic2121的博客
09-24
1873
作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站，是不少公司的明智选择。无论是实时性，灵活性，还是性价比均可有很好的保证。
一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法
FPGA模块主要分为五部分：初始化、状态机、PDO、SDO、同步。
1）初始化模块
初始化主要工作是搜集网络拓扑结构、搜集各个节点的信息内容、初始化各个节点的时间系统与初始同步。
2）状态机模块
该模块主要实现各个节点的状态机转化。
INIT->预运行->安全
【技术干货】基于赛灵思FPGA板卡的高性能EtherCAT主站方案
HackEle的博客
08-02
1593
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信迈基于FPGA ZYNQ的Ethercat高实时工业控制解决方案
YEYUANGEN的专栏
06-27
2223
信迈zynq ethercat主站 FPGA高实时带加密实现32轴
性能优势
更快的循环周期，可以达到31.25us
更低的抖动，抖动时间小于0.004us
同步性能好，主站和各个从站设备可以达到远小于1us的时钟同步精度（4轴实测50ns）
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更多性能对比总结：
............
ethercat 主站 FPGA verilog 代码
05-23
ethercat 主站 FPGA verilog 代码
EtherCAT主站配置过程分析
01-15
固高主站+一个固高GTHD伺服驱动Ethercat通讯建立全过程分析
EtherCAT主站代码
03-13
这是一份基于ethercat igh主站代码修改与用例。ethercat 主站运行于xenomai
基于ARM+FPGA的EtherCAT主站设计及实现-论文
05-18
基于ARM+FPGA的EtherCAT主站设计及实现
基于stm32构建EtherCAT主站，采用了开源的soem方案
12-05
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1553
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964
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07-26
基于STM32平台的EtherCAT主站的源代码例程是指用于实现EtherCAT主站功能的代码示例。EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种以太网通信协议，它可以实现高性能、实时性的工业控制系统。STM32是一种微控制器系列，常用于嵌入式系统和物联网设备。
在该源码例程中，主要包括以下几个方面的功能：
1. 初始化EtherCAT主站：设置STM32与EtherCAT总线之间的通信参数和初始化相关硬件资源，如CAN接口和中断。
2. EtherCAT主站通信：与其他EtherCAT设备进行通信，包括发送和接收数据报文，处理EtherCAT帧以及实现EtherCAT协议的各个功能。
3. 处理从站设备：与连接到EtherCAT总线上的从站设备进行通信，包括配置从站设备、发送和接收从站设备的数据等。
4. 实现EtherCAT主站的主要功能：根据实际需求，可以添加不同的功能模块，如数据采集、控制逻辑等。
该源代码例程可能包含多个文件，其中可能包括主函数文件、EtherCAT主站驱动文件、CAN通信文件、EtherCAT协议处理文件等。开发者可以根据具体需求进行修改和扩展。
通过使用该源代码例程，开发者可以在STM32平台上快速开发出具有EtherCAT通信功能的主站设备，以满足工业自动化控制系统的需求。但需要注意，由于EtherCAT协议本身较为复杂，对于初次接触EtherCAT的开发者来说，可能需要一定的学习和熟悉过程。
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[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题_ethercat fpga-CSDN博客
>[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题_ethercat fpga-CSDN博客
[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题
最新推荐文章于 2024-02-15 12:12:19 发布
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原文链接：https://bbs.21ic.com/icview-3148480-1-1.html
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作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站，是不少公司的明智选择。无论是实时性，灵活性，还是性价比均可有很好的保证。
一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法
FPGA模块主要分为五部分：初始化、状态机、PDO、SDO、同步。
1）初始化模块
初始化主要工作是搜集网络拓扑结构、搜集各个节点的信息内容、初始化各个节点的时间系统与初始同步。
2）状态机模块 该模块主要实现各个节点的状态机转化。 INIT->预运行->安全运行->运行
3）PDO模块 该模块实现PDO数据的准备、发送、接收。
4）SDO模块 该模块实现SDO数据的准备、发送、接收。
5）同步 该模块实现动态时间同步。
将以上五个模块设计完成，加上与ARM/DSP/CPU通信的通信接口，以及与运控相关的模块（模拟量、IO、手轮等），即可实现整个设计。
二、基于FPGA的EtherCAT主站的常见问题
1）初始化模块中，访问节点EEPROM的方式理解比较绕
2）状态机转移中，出现转移不成功，记得读取节点0x134寄存器，查看错误代码，根据错误代码来查看具体不能转移成功的原因。 这里，会出现林林总总的原因，只要对照手册，基本都能解决。 这里，也是整个主站设计中，比较耗时间的问题之一。
3）PDO模块中，部分厂家对设置寻址和逻辑寻址有特殊要求，需要注意。
4）SDO模块中，部分厂家支持FMMU来进行数据访问，部分厂家仅支持寄存器来进行数据访问。
5）同步模块中，出现从站之间的同步问题，主站和从站之间的同步问题，出现产品应用与主站之间的同步问题。 关于同步算法，也是最耗时间的问题。 关于同步方案，可以以FPGA主站作为同步源，也可以以第一个伺服作为同步源；后者难度高点，但作者经历前者的产品应用多一些。
三、EtherCAT主站方案的比较
开发时间层面：基于ARM的开源linux主站最优，基于ARM+FPGA的主站次之
产品成本层面：基于FPGA的主站最优，基于ARM的开源linux主站次之
产品性能层面：基于FPGA的主站最优，基于ARM+FPGA的主站次之 --------------------- 作者：feihufuture 链接：https://bbs.21ic.com/icview-3148480-1-1.html 来源：21ic.com 此文章来自于21ic网站，著作权归21ic所有，未经允许禁止转载。
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[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题
作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站，是不少公司的明智选择。无论是实时性，灵活性，还是性价比均可有很好的保证。一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法FPGA模块主要分为五部分：初始化、状态机、PDO、SDO、同步。1）初始化模块初始化主要工作是搜集网络拓扑结构、搜集各个节点的信息内容、初始化各个节点的时间系统与初始同步。2）状态机模块该模块主要实现各个节点的状态机转化。INIT->预运行->安全
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ethercat 主站 FPGA verilog 代码 一份基于FPGA的EtherCAT主站的Verilog代码实现
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402
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对于嵌入式系统和FPGA平台，一般需要使用专门的EtherCAT主站芯片来实现。常见的芯片厂商有Beckhoff、TI、Renesas等。其中Beckhoff的ET1100系列、ET1200系列、ET2000系列等芯片广泛应用于EtherCAT主站实现中。
需要注意的是，EtherCAT主站硬件的选择应该根据具体应用场景和需求来进行选择，并且需要考虑到实时性、稳定性、兼容性等方面的因素。
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>EtherCAT主站源码 基于FPGA verilog代码_ethercat fpga-CSDN博客
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码ethercat 主站 FPGA verilog 代码
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Controller；\nEtherCAT从站是EtherCAT网络非常重要的一部分，其主要组成部分是EtherCAT从站控制器（ESC，EtherCAT Slave Controller）、微处理器以及运行其上的从站软件协议栈。ESC用于EtherCAT数据帧的转发与处理，微处理器及软件协议栈用于实现邮箱数据和过程数据的处理以及控制任务功能；\n从站控制器ESC多种多样，有Beckhoff的ET1100，ET1200，ET181X；Hilscher的netX50,netX100；Microchip的LAN9252；TI的Sitara AM335X等；\n\nLAN9252示例\n\n\n微处理器STM32F205通过SPI总线与从站控制器LAN9252通信，EtherCAT协议栈必须移植到STM32F205中；\n而LAN9252完成数据链路层的工作，并通过I2C接口连接EEPROM，以保存ESC的配置信息；\n底层的PHY芯片，RJ45等完成物理层的工作，且PHY芯片也是LAN9252自带的；\n\n如上可知：\n\nEtherCAT Slave控制器是用于接收EtherCAT网络数据的，其本质相当于I2C Slave控制器；\n我们常说的EtherCAT协议，是和I2C Slave通信之后的除去地址部分以后的data传输的数据协议，可以认为是CAN通信中8字节的数据格式协议，也就是相当于CANOpen协议了，所以个人认为EtherCAT协议EtherCAT控制器接收、发送数据之后的数据编解码协议，这个编解码协议是已经公开、定好的协议；\nEtherCAT ECS只要有相应的PHY就行了，那么不同的单片机就变成了需要移植对应的EtherCAT编解码协议，当然也包括了和EtherCAT ECS通信的那部分通信代码；\n\nEtherCAT从站协议\n\n德国KPA公司的EtherCAT从站协议栈包含完整的源代码，以及四个针对硬件平台的样例工程，即STM32F407，DSP28335，TI Sitara系列以及赛灵思FPGA的uBlaze软核；\nKPA EtherCAT从站协议栈结构框架如下图所示：\n\n\nApplication部分为用户的应用部分，只需要调用协议栈的API函数即可实现EtherCAT通信；\nEtherCAT Slave Stack core是源代码部分，用户不需要做任何的修改，只需要调用其丰富的API函数即可；\n而EtherCAT Slave Stack core与ESC之间的通信已经由源代码实现了，用户只需适配好PDI通道如SPI即可；\n\n\n\nEtherCAT Slave Stack Code (SSC)\nhttps://www.ethercat.org/cn/products/54FA3235E29643BC805BDD807DF199DE.htm\n貌似一般人不能直接下载到源代码，要是ETG members才能直接下载到源代码和相关文档。\n","renderedFileInfo":null,"shortPath":null,"symbolsEnabled":true,"tabSize":8,"topBannersInfo":{"overridingGlobalFundingFile":false,"globalPreferredFundingPath":null,"showInvalidCitationWarning":false,"citationHelpUrl":"https://docs.github.com/github/creating-cloning-and-archiving-repositories/creating-a-repository-on-github/about-citation-files","actionsOnboardingTip":null},"truncated":false,"viewable":true,"workflowRedirectUrl":null,"symbols":{"timed_out":false,"not_analyzed":false,"symbols":[{"name":"EtherCAT Base","kind":"section_1","ident_start":2,"ident_end":15,"extent_start":0,"extent_end":2586,"fully_qualified_name":"EtherCAT 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>[FPGA]FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题_ethercat fpga 延迟-CSDN博客
[FPGA]FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题
最新推荐文章于 2023-06-25 20:44:14 发布
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作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站，是不少公司的明智选择。无论是实时性，灵活性，还是性价比均可有很好的保证。
一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法 FPGA模块主要分为五部分：初始化、状态机、PDO、SDO、同步。 1）初始化模块 初始化主要工作是搜集网络拓扑结构、搜集各个节点的信息内容、初始化各个节点的时间系统与初始同步。 2）状态机模块 该模块主要实现各个节点的状态机转化。 INIT->预运行->安全运行->运行
3）PDO模块 该模块实现PDO数据的准备、发送、接收。
4）SDO模块 该模块实现SDO数据的准备、发送、接收。 5）同步 该模块实现动态时间同步。 将以上五个模块设计完成，加上与ARM/DSP/CPU通信的通信接口，以及与运控相关的模块（模拟量、IO、手轮等），即可实现整个设计。二、基于FPGA的EtherCAT主站的常见问题 1）初始化模块中，访问节点EEPROM的方式理解比较绕 2）状态机转移中，出现转移不成功，记得读取节点0x134寄存器，查看错误代码，根据错误代码来查看具体不能转移成功的原因。 这里，会出现林林总总的原因，只要对照手册，基本都能解决。 这里，也是整个主站设计中，比较耗时间的问题之一。 3）PDO模块中，部分厂家对设置寻址和逻辑寻址有特殊要求，需要注意。 4）SDO模块中，部分厂家支持FMMU来进行数据访问，部分厂家仅支持寄存器来进行数据访问。 5）同步模块中，出现从站之间的同步问题，主站和从站之间的同步问题，出现产品应用与主站之间的同步问题。 关于同步算法，也是最耗时间的问题。 关于同步方案，可以以FPGA主站作为同步源，也可以以第一个伺服作为同步源；后者难度高点，但作者经历前者的产品应用多一些。三、EtherCAT主站方案的比较 开发时间层面：基于ARM的开源linux主站最优，基于ARM+FPGA的主站次之 产品成本层面：基于FPGA的主站最优，基于ARM的开源linux主站次之 产品性能层面：基于FPGA的主站最优，基于ARM+FPGA的主站次之。 --------------------- 作者：feihufuture 链接：https://bbs.21ic.com/icview-3148480-1-1.html 来源：21ic.com 此文章已获得原创/原创奖标签，著作权归21ic所有，任何人未经允许禁止转载。
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[FPGA]FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题
将以上五个模块设计完成，加上与ARM/DSP/CPU通信的通信接口，以及与运控相关的模块（模拟量、IO、手轮等），即可实现整个设计。2）状态机转移中，出现转移不成功，记得读取节点0x134寄存器，查看错误代码，根据错误代码来查看具体不能转移成功的原因。5）同步模块中，出现从站之间的同步问题，主站和从站之间的同步问题，出现产品应用与主站之间的同步问题。开发时间层面：基于ARM的开源linux主站最优，基于ARM+FPGA的主站次之。产品性能层面：基于FPGA的主站最优，基于ARM+FPGA的主站次之。
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 EtherCAT通信协议、FPGA
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2301_78846259的博客
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风中之人:
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基于 FPGA verilog 的 Ethercat 主站工程代码-聚码科技
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基于 FPGA verilog 的 Ethercat 主站工程代码
2023-03-06
分类：FPGA源码 / 主站源码
EtherCAT 总线 demo 板介绍
一、测试架构介绍
总线部分包括 EtherCAT 协议、Canopen 协议、1588 同步协议，全部在 FPGA上实现，纯 Verilog 实现，无软核，时间精准。
FPGA 挂百兆网口串接伺服，布线简单。
支持驱动 1-32 轴，自动侦测。
CPU 和FPGA 的接口，根据 CPU 的不同而不同，常用的如 FSMC 接口、GPMC 接口、PCI/PCIE 接口等等。
运动控制部分用户可以选择在 STM32、ARM、X86 等 CPU 上实现 （此部分代码 demo 板不包含）
DEMO 板具备参数固定自动运行模式，可测试总线的通讯和驱动器侦测运行正常。
图中 User design 部分为用户自行设计。
图中 IP include 部分为 demo 或 IP 提供的。
二、具体性能参数
1、循环周期和抖动
循环周期支持 31.25us、62.5us、125us、250us、500us、1ms、2ms 等。
主站在循环周期 2ms 时抖动为 50us，循环周期越短，抖动越小，从站抖动10ns。
2、支持轴数与FPGA 资源消耗量
支持 1-32 轴，消耗资源 12K 逻辑 Slice 左右，如用户有自己的 IP 或功能模块需要集成，则建议采用 30K 资源的 FPGA，这样才有足够冗余以备所需。某些运动控制器需要添加手轮，IO 开关量，其他用户自定义功能。
三、用户接口
该 DEMO 中接口分为 4 个部分：系统部分，过程数据部分，伺服参数配置部分，回零部分，具备与外部处理器交互的接口为过程数据部分，伺服参数配置部分，具体信号如下图所示。
标号
信号部分
功能
1
系统部分
时钟域复位信号，用于复位 Ethercat master 主
站
2
过程数据部分
用于处理器与驱动器之间的指令和状态交互，包
括位置，状态及其对应的有效信号
3
伺服参数配置部分
用于处理器配置主站参数，包括数据的地
址，数据的长度，数据以及设置启动和复位信号
4
测试接口
测试接口包括回零的启动和复位等信号，用户无
需使用
注：自测试模式为以上端口固定数字量自运行模式，驱动器将持续运转。
ECAT运动控制器ARM软件设计
一、ARM向FPGA发送目标位置
1、对应的操作地址
`define CUR_POS_SERVO 1
`define TARGET_CUR_POSL 2
`define TARGET_CUR_POSH 3
2、操作步骤
下发每个轴的位置时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要发送目标位置的伺服；
再通过写地址2向FPGA写目标位置的低16bit；
再通过写地址3向FPGA写目标位置的高16bit。
3、注意
通过地址1，向FPGA写接下来要操作的伺服，写0表示第一个伺服，写31表示第32个伺服，以此类推。
在读写操作完成之前，不要改变指定的伺服。也就是说指定伺服+读写数据，是一整套。
二、ARM向FPGA读取当前位置
1、对应的操作地址，与目标位置共享一套地址
`define CUR_POS_SERVO 1
`define TARGET_CUR_POSL 2
`define TARGET_CUR_POSH 3
2、操作步骤
下发每个轴的位置时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要读取当前位置的伺服；
再通过读地址“2”向FPGA读取当前位置的低16bit；
再通过读地址“3”向FPGA读取当前位置的高16bit。
三、ARM向FPGA发送控制字
1、对应的操作地址
`define CUR_POS_SERVO 1
`define STS_SERVO 4
2、操作步骤
下发每个轴的控制字时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要发送控制字的伺服；
再通过写地址4向FPGA写伺服的控制字；FPGA会根据第一步的伺服去对应该控制字是给哪个伺服的。
当ARM通过地址58检测到所有伺服进入OP状态后，可以通过控制字来控制各个伺服进入伺服使能状态，具体的操作流程为：顺序发送控制字6、7、15。每发送一个控制字，伺服对应的状态字就会发生变化。通过检测状态字的变化来确定发送下一个控制字。
回零的控制字为15到31，回零完成后，控制字要返回15。
四、ARM向FPGA读取状态字
1、对应的操作地址
`define CUR_POS_SERVO 1
`define STS_SERVO 4
2、操作步骤
下发每个轴的控制字时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要读取控制字的伺服；
再通过读地址4向FPGA读取对应伺服的控制字。
五、ARM读取轴的位置缓存数据的个数
1、对应的操作地址
`define CUR_POS_SERVO 1
`define ECAT_POS_FIFO_CNT 65
2、操作步骤
FPGA为每个轴的目标位置都对应设计了一个32深度的缓存，ARM根据缓存和需要将目标位置发送到这个缓存，供FPGA的ECAT刷新。
先通过写地址1，告知FPGA接下来要读取数据个数的伺服；
再通过读地址65来读取对应伺服的轴数据缓存中数据个数。
六、ARM在启动FPGA的ECAT之前需要配置的内容
1、配置FPGA内容的相关写地址
`define SM0_PHYADDR 49
`define SM1_PHYADDR 50
`define SM2_PHYADDR 51
`define SM3_PHYADDR 52
`define WATCHDOG_SUPPORT 53
`define LOOP_PERIOD_H 55
`define LOOP_PERIOD_L 56
2、具体含义
SM0_PHYADDR，SM0的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
SM1_PHYADDR，SM1的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
SM2_PHYADDR，SM2的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
SM3_PHYADDR，SM3的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
WATCHDOG_SUPPORT，伺服是否支持看门狗，写1表示支持，写0表示不支持，从测试的5家伺服来看，除久同外，其他家均支持。
LOOP_PERIOD_H ，为循环周期的高16bit。
LOOP_PERIOD_L ，为循环周期的低16bit。
七、控制和状态寄存器
1、相关操作地址
`define ECAT_RSTN 57
`define SERVO_INIT_DONE_ALL 58
2、具体含义
ECAT_RSTN ，ARM向该地址写1，启动FPGA的ECAT运行。
SERVO_INIT_DONE_ALL，ARM通过该地址读取所有伺服是否初始化完毕，1表示完毕。
八、伺服参数配置功能寄存器
1、相关操作地址
`define PARA_INDEX 77
`define PARA_SUB_INDEX 78
`define PARA_DATA_H 79
`define PARA_DATA_L 80
`define PARA_DATA_LEN 81
`define PARA_DATA_UpLOAD 82
`define PARA_DATA_UpLOAD_H 83
`define PARA_DATA_UpLOAD_L 84
`define PARAM_SET 85
`define PARAM_SET_RST 86
`define PARAM_SET_SERVO 87
九、伺服回零功能
多个伺服同时回零的流程：
通过参数设置端口，依次将各个伺服设置成模式6，再依次发送控制字31，再依次去读取状态字，如果读到某个轴的状态字是回零完成，就将该轴的控制字写回15，并然后通过参数设置接口将其模式设置为8。
十、伺服IO读取与写入
在启动ECAT之前，通过如下两个地址，分别配置伺服IO的地址：
`define M2S_IO_PHYADDR 47 //master output
`define S2M_IO_PHYADDR 48 //master input
地址47为运动控制器输出到伺服的IO指令；
地址48为运动控制器从伺服获取的IO状态。
启动ECAT后，通过地址99来输出IO指令到伺服，或者从伺服获取IO状态。
`define SERVO_IO 99
同理，通过地址4来指定所要操作的伺服。
初定为8输入8输出，16位数据线的低8bit有效。
十一、其他标志
轴数据缓存的空满标志、ECAT断线等等标志
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特别说明各类源码涵盖C#,工控通讯，Matlab代码，上位机，电机控制等，可针对自身需求进行关键词搜索，需要哪个资料请将网址发送给客服微信客服微信：shujuqudong8 QQ客服QQ1：18080951
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电子发烧友网>可编程逻辑>FPGA/ASIC技术>基于Zynq平台的EtherCAT主站方案实现 - 全文
基于Zynq平台的EtherCAT主站方案实现 - 全文
电子工程师•来源：网络整理•作者：陈秋苑 谢晓锋 陈•
2017-11-16 14:02
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摘 要：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，目前在工业自动化领域有着广泛的应用。Zynq-7000 是赛灵思公司（Xilinx）推出的行业第一个全可编程 SoC 产品, 它将双核 ARM Cortex-A9 处理器，低功耗可编程逻辑以及常用的外设紧密集成在一起。ZedBoard 是基于 XC7Z020 器件的低成本开发板，此板可以运行基于 Linux，Android，WinCE 或其他嵌入式 OS/ RTOS 的设计。
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 Zynq 平台的移植与测试。
目录
第一节 EtherCAT 简介
第二节 KPA EtherCAT 软件包简介和使用
第三节 KPA EtherCAT 主站简介和移植
第四节 EtherCAT 主站程序测试
第五节 EtherCAT 测试程序分析
第六节 主站开发包申请试用
1、EtherCAT 简介
EtherCAT（以太网控制自动化技技）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。EtherCAT 采用标准的 IEEE802-3 以太网帧，帧结构如图 1。EtherCAT 协议直接用标准以太网的帧格式传输数据，并不修改其基本结构。
图 1： EtherCAT 数据帧
EtherCAT 实现了 CANopen 协议，在 CANopen 中周期性的数据通过 PDO（过程数据对象）来传输，PDO 优先级较高，可用于实时传输。非周期性的数据比如配置参数和对象字典等则通过 SDO（服务数据对象）来传输。
每个 PDO 都包含单个或多个从设备的地址，这种数据加地址的结构（附带用于校验的传输计数位）组成了 EtherCAT 的报文。每个 Ethernet 帧可能包含数个报文，而一个周期中可能需要多帧来传送所需的所有报文。
传统的以太网通信解决方案从站先接受以太网数据包，然后解释和复制过程数据，最后转发数据。而EtherCAT 以太网帧在特殊的硬件模块的帮助下可以实现在传输的同时被处理。每个从节点都有 FMMU（现场总线存储管理单元），FMMU 会对经过的数据包进行地址分析，发现是本节点的 数据就会读取，同时报文转发给下一个设备。同样在报文通过的时候也可以插入需要传输的数据。读取/插入/转发数据的整个过程，报文只有几纳秒的延迟。如图 2 所示，设想以太网的帧就像行驶中的火车，EtherCAT 报文是每节火车车厢，PDO 数据的比特就是车厢内的乘客，这些数据可以被提取并插入到合适的从设备中。整辆火车不停止地穿越所有从设备，在末端从设备处又掉头，重新反向穿越所有从设备。（注：EtherCAT不仅支持主从通讯，也支持从从通讯即S2S）
图 2： EtherCAT 数据传输
2、EtherCAT 主从站软硬件简介
2.１KPA 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。主站结构如图3
图 3： KPA EtherCAT主站构架
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
2.2KPA EtherCAT 主站硬件介绍
主站硬件主要由三部分组成见图4：PC端、Zedboard主站开发板以及外扩的FMC网卡。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Zedboard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。Zedboard作为EtherCAT主站板具体可参考 。
图 4：硬件架构图
图 5：硬件内部架构
另外，KPA利用主站板的FPGA资源，独立外扩网卡，而不是使用主站板ARM上的网卡驱动，主站开发包中提供的Timer IP Core和NIC IPCore，利用逻辑单元PL，构建针对EtherCAT优化的MAC，提供了针对EtherCAT优化的NIC驱动，IP Core提供了Shift Sending Time设置，从端口降低有操作系统引起的数据帧抖动，从而优化了数据在收发时的抖动的问题。
３、KPA EtherCAT 主站移植
本方案基于Zynq平台的EtherCAT主站实现，系统采用改进后的实时linux系统，即在标准的linux操作系统内核中嵌套进一个微小、实时内核，改造成具有双内核的异构系统，所有实时任务都运行在微内核上,非实时的Linux 则作为实时内核的一项优先级最低的任务来托管所有的非实时任务，采用Linux3.8.13和Xenomai2.6.3，下面介绍怎么搭建Zedboard主站。
3.1Vivado 与 Xilinx SDK 工具安装
我们主要用到SDK里的交叉编译器，以及用它来生成FSBL与BOOT.BIN文件。
我分别在ubuntu和windows上都安装了xilinx的SDK。其中windows上的xilinx SDK不需要单独安装，等在安装Vivado的时候勾选下就可以了。 Ubuntu上的xilinx SDK安装文件网址是
3.2Vivado 的下载安装
Vivado主要是用来配置xilinx的FPGA外设的，后面生成bitstream文件时需要用，以及我们更改SOC里的外设引脚配置以及配置管脚等等时是需要用到。Vivado的下载地址
3.3给 Linux 内核代码打 Xenomai 实时补丁
zedboard上运行的linux内核可不是普通的linux内核源码，而是打了xenomai补丁的实时嵌入式操作系统。需要先给linux源码打上xenomai补丁后方可编译
Linux源码下载： https://github.com/Xilinx/linux-xlnx.git
Xenomai安装包下载：
给linux内核代码打xenomai实时补丁，可以参看xilinx的官方文档《Xenomai for Zynq》： +for+Zynq
3.4Linux 内核编译
当xenomai补丁打好后，即可开始编译linux内核
图 6：Uboot编译
具体的ubuntu编译方法和编译kernel大同小异，可以参考这篇文章： +U-Boot
3.5下载源代码
Uboot的源码下载地址是： https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx.git
3.6编译 U-Boot
命令是$make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- zynq_zed
可以看看u-boot源码文件夹目录下的boards.cfg文件。里面有各种平台的配置表。将编译好的u-boot文件改名为u-boot.elf文件。我们生存boot.bin时要用它
3.7文件系统编译
现在直接用的xilinx和KPA官方提供给我的文件系统“uramdisk.image.gz”。
参考文档： +and+Modify+a+Rootfs
从xilinx网上下载arm_ramdisk.image.gz文件。下载地址如下。
这个文件是xilinx提供给我们做模板用的。可以把它解压开，然后在它基础上改改，再打包，就能用的。
3.8设备树编译
设备树的编译方法参考文档， +Device+Tree+Blob 。
3.9KPA NIC 模块
直接用的KPA的“kpa_mac.ko文件”。
KPA这部分不用去动，现在也不用改，这部分文件放在我们SD卡的第二分区了即可。然后设备树上加上mac的配置部分即可。
3.10Vivado 生成 bitstream 文件
基于kpa给的Vivado工程“zedboard_redundancy”和两个ipcore，来产生bitstream文件。
图 7：生成bitstream文件
3.11Xilinx SDK 生成 FSBL
图 8：生成的FSBL
3.12制作 BOOT.BIN 文件
利用xilinx SDK，看到，BOOT.BIN文件其实是将U-boot，Vivado生成的Bitstream文件，SDK生成的FSBL文件以及SDK自动生成的的boot.bif四合一打包生成的一个启动文件。BOOT.BIN下一节会放到SD卡中，作用主要是初始化zedboard硬件和加载linux内核。
图 9：生成BOOT.BIN文件
3.13烧录 SD 卡
在ubuntu环境下，将一张4G的SD卡格式化为两分区，第一分区1.1G为FAT格式；第二分区为2.9G为Ext4格式。
图 10：SD卡分区
然后将前面准备的BOOT.BIN文件，设备树文件devicetree.dtb，文件系统文件uramdisk.image.gz文件，linux内核镜像uImage这四个文件拷贝到第一分区。不难看出第一分区全部是和操作系统相关的文件。第二分区里则是三个文件，全由KPA提供Master: KPA的EtherCat主站相关的所有文件；
图 11：SD卡中Master内容
Xenomai：xenomai依赖的一些库文件，这个可以官网下载xenomai对应的版本如2.6.3。然后在根目录下make后会生成这个库文件。
Mod：该文件夹下则主要是kpa_mac.ko，也就是KPA提供的那个网卡驱动。
如下图：
图 12：SD卡中Xenomai文件
到此SD卡也做成了。SD卡插到板子上既可以运行了。
4、EtherCAT 主站程序测试
实验平台包括三个组成部分:待测试的EtherCAT系统、实时数据获取单元和离线的实验数据分析单元,如下图所示。主站为构建的嵌入式实时EtherCAT 主站,从站为两套松下交流伺服驱动器MADHT系列。测试的内容为在周期时间为250us下，带DC功能和不带DC功能的测试数据对比。
4.1实时数据获取单元
实时数据获取单元采用的是虹科的网络分析仪Profishark 100M或Profishark 1G,两个网口为标准的100M/1Gbps 以太网接口。支持单独捕获上行和下行数据,并且可以将捕获的数据包供Wireshark /Profishark Manager等软件进行数据分析。此外,它捕获数据包时间戳的分辨率可以达到5ns,保证了实验数据的精确性，如下图:
图 13：实时数据单元示意图
4.2离线数据分析单元
离线数据分析单元是由PC 机运行开源软件Wireshark 实现的,在实验的最后,所有捕获的的实验数据都会交给离线数据单元进行处理和分析。
图 14：EtherCAT网络实验图
利用wireshark分别抓取数据（带DC）
图 15：基于Wireshark的EtherCAT数据帧（含DC）
利用wireshark分别抓取数据（不带DC）：
图 16：基于Wireshark的EtherCAT数据帧（含DC）
表 1：EtherCAT数据测试结果 单位：us（统计至个位）
总结：
可以看出，基于Zynq平台的主站设计方案circle time完全可以做到250us级别，带两轴从站的情况下加DC功能，基本没有抖动存在，但是不带DC的话，周期时间不稳定，抖动也相对较大。
5、EtherCAT 测试程序分析
KPA EtherCAT主站协议栈提供了多种功能的程序模板如下，包括ETG协议规定的几种模式，写应用时，可以在这些代码模板上进行编程测试，本文作者基于01异步模式进行测试程序的分析。
图 17：KPA开发包的功能模块（部分）
5.1利用 KPA Studio 扫描网络
先扫描从站信息，利用KPA Studio导出从从站信息的头文件，定义了从站地址，数据长度。
图 18：KPA Studio扫描从站头文件
5.2Main 函数重要部分介绍
（1）main函数里面，首先主站初始化。包括获取网卡，指定网络配置文件路径，设置周期时间，等操作
图 19：Main函数中的主站初始化部分
（2）加载PRC服务功能，方便利用KPA Studio进行调试
图 20：加载RPC远程调试功能
（3）切换主站状态
图 21：切换主站状态
（4）设置控制字，进行PI数据的读写，从而控制从站
图 22：读写PI
其中数据的读取都要遵循先调用EcatStartReadInputs/EcatDoneWriteOutputs 函数，获取输入输出PI，中间再调用EcatSetVariable进行数据的交互，最后再调用EcatDoneWriteOutputs获取数据读写的应答，结束读写。
6、主站开发包申请试用
从KPA官网https://koenig-pa.de/进入，点击“Customer Portal”进入注册页面。注册后可以登录并点击“Quote”，“Request for Quotation”，填写完公司信息后点击“Add Product”，这时会出来很多不同的硬件平台和操作系统列表，选择带MDK Trail字样且价格为0的产品。
注意：注册请用真实的公司名称、地址和联系方式，注册信息也也发一份给本土供应商，中国区内发给广州虹科电子科技有限公司：cqy@hkaco.com和support@hkaco.com。KPA一般在五个工作日内与本土供应商核对并完成审核，然后注册用户可以免费获取试用的开发包和KPA Studio调试软件（3个月有效期）。
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本文导航第 1 页：基于Zynq平台的EtherCAT主站方案实现第 2 页：3.6编译 U-Boot第 3 页：5、EtherCAT 测试程序分析
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EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程 - 知乎
EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程 - 知乎首发于IT技术专栏切换模式写文章登录/注册EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程iiidd777IT技术分享及教程EtherCAT - 以太网现场总线本文深入阐述了基于以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术。EtherCAT为现场总线技术领域树立了新的性能标准，具备灵活的网络拓扑结构，系统配置简单，和现场总线系统一样操作直观简便。另外，由于EtherCAT实施的成本低廉，因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的场合中选用该现场总线。1. 引言1.1 以太网和实时能力2. EtherCAT 运行原理3. EtherCAT 技术特征3.1 协议3.2 拓扑3.3 分布时钟3.4 性能3.5 诊断3.6 高可靠性3.7 安全性3.8 EtherCAT 取代PCI3.9 设备行规3.9.1 EtherCAT实现CAN总线应用层协议 (CoE)3.9.2 EtherCAT实现伺服驱动设备行规IEC61491 (SoE)3.10 EtherCAT实现以太网(EoE)3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE)3.12 ADS over EtherCAT (AoE)4. 基础设施成本5. EtherCAT 实施5.1 主站5.1.1 主站实施服务5.1.2 主站样本代码5.2 从站5.2.1 EtherCAT Slave Controller5.2.2 从站评估工具包6. 小结7. 参考文献1. 引言页首现场总线已成为自动化技术的集成组件，通过大量的实践试验和测试，如今已获得广泛应用。正是由于现场总线技术的普及，才使基于PC的控制系统得以广泛应用。然而，虽然控制器CPU的性能（尤其是IPC的性能）发展迅猛，但传统的现场总线系统正日趋成为控制系统性能发展的“瓶颈”。急需技术革新的另一个因素则是由于传统的解决方案并不十分理想。传统的方案是，按层划分的控制体系通常都由几个辅助系统所组成（周期系统）：即实际控制任务、现场总线系统、I/O系统中的本地扩展总线或外围设备的简单本地固件周期。正常情况下，系统响应时间是控制器周期时间的3-5倍。 在现场总线系统之上的层面（即网络控制器）中，以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用，即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯，并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求，并且还可以在I/O级实现因特网技术 （参见图1）。图1: 传统现场总线系统响应时间在现场总线系统 之上的层面（即网络控制器）中，以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用，即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯，并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求，并且还可以在I/O级实现因特网技术。1.1 以太网和实时能力目前，有许多方案力求实现以太网的实时能力。例如，CSMA/CD介质存取过程方案，即禁止高层协议访问过程，而由时间片或轮循方式所取代的一种解决方案；另一种解决方案则是通过专用交换机精确控制时间的方式来分配以太网包。这些方案虽然可以在某种程度上快速准确地将数据包传送给所连接的以太网节点，但是，输出或驱动控制器重定向所需要的时间以及读取输入数据所需要的时间都要受制于具体的实现方式。如果将单个以太网 帧用于每个设备，那么，理论上讲，其可用数据率非常低。例如，最短的以太网帧为84字节（包括内部的包间隔IPG）。如果一个驱动器周期性地发送4字节的实际值和状态信息，并相应地同时接收4字节的命令值和控制字信息，那么，即便是总线负荷为100%（即：无限小的驱动响应时间)时，其可用数据率也只能达到4/84= 4.8%。如果按照10 µs的平均响应时间估计，则速率将下降到1.9%。对所有发送以太网 帧到每个设备(或期望帧来自每个设备)的实时以太网方式而言，都存在这些限制，但以太网帧内部所使用的协议则是例外。2. EtherCAT 运行原理页首EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取相应的编址数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中（参见图2）。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。图 2: 过程数据插入至报文中由于发送和接收的以太网帧压缩了大量的设备数据，所以有效数据率可达90%以上。100 Mb/s TX的全双工特性完全得以利用，因此，有效数据率可 大于100 Mb/s（即大于2 x 100 Mb/s的90%）（参见图3）。图 3: 带宽利用率的比较符合IEEE 802.3标准的以太网协议无需附加任何总线即可访问各个设备。耦合设备中的物理层可以将双绞线或光纤转换为LVDS（一种可供选择的以太网物理层标准[4，5]），以满足电子端子块等模块化设备的需求。这样，就可以非常经济地对模块化设备进行扩展了。之后，便可以如普通以太网一样，随时进行从底板物理层LVDS到100 Mb/s TX物理层的转换。3. EtherCAT 技术特征页首3.1 协议EtherCAT是用于过程数据的优化协议，凭借特殊的以太网类型，它可以在以太网帧内直接传送。EtherCAT帧可包括几个EtherCAT报文，每个报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域，该区域最大可达4GB字节。数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序，可任意编址。从站之间的广播、多播和通讯均得以实现。当需要实现最佳性能，且要求EtherCAT组件和控制器在同一子网操作时，则直接以太网帧传输就将派上用场。然而，EtherCAT不仅限于单个子网的应用。EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文（参见图4），这就意味着，任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中，甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。显然，在这种变体结构中，系统性能取决于控制的实时特性和以太网协议的实现方式。因为UDP数据报文仅在第一个站才完成解包，所以EtherCAT网络自身的响应时间基本不受影响。图 4: EtherCAT：符合IEEE 802.3 [3]的标准帧另外，根据主/从数据交换原理，EtherCAT也非常适合控制器之间（主/从）的通讯。自由编址的网络变量可用于过程数据以及参数、诊断、编程和各种远程控制服务，满足广泛的应用需求。主站/从站与主站/主站之间的数据通讯接口也相同。从站到从站的通讯则有两种机制以供选择。一种机制是，上游设备和下游设备可以在同一周期内实现通讯，速度非常快。由于这种方法与拓扑结构相关，因此适用于由设备架构设计所决定的从站到从站的通讯，如打印或包装应用等。而对于自由配置的从站到从站的通讯，则可以采用第二种机制—数据通过主站进行中继。这种机制需要两个周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此该过程耗时仍然快于采用其他方法所耗费的时间。按照文献[3]所述，EtherCAT仅使用标准的以太网帧，无任何压缩。因此，EtherCAT 以太网帧可以通过任何以太网MAC发送，并可以使用标准工具（如：监视器）。3.2 拓扑EtherCAT几乎支持任何拓扑类型，包括线型、树型、星型等（参见图5）。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网，并且不受限于级联交换机或集线器的数量。图 5: 灵活的拓扑结构：线型、树型或星型拓扑最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在，所以无需附加交换机。当然，仍然可以使用传统的、基于以太网的星型拓扑结构。还可以选择不同的电缆以提升连线的灵活性：灵活、经济的标准超五类以太网电缆可采用100BASE-TX模式传送信号；塑封光纤（PFO）则可用于特殊应用场合；还可通过交换机或介质转换器实现不同以太网连线（如：不同的光纤和铜电缆）的完整组合。快速以太网的物理层（100BASE-TX ）允许两个设备之间的最大电缆长度为100米。由于连接的设备数量可高达65535，因此，网络的容量几乎没有限制。3.3. 分布时钟精确同步对于同时动作的分布式过程而言尤为重要。例如，几个伺服轴同时执行协调运动时，便是如此。最有效的同步方法是精确排列分布时钟（请参阅IEEE 1588标准[6]）。与完全同步通讯中通讯出现故障会立刻影响同步品质的情况相比，分布排列的时钟对于通讯系统中可能存在的相关故障延迟具有极好的容错性。采用EtherCAT，数据交换就完全基于纯硬件机制。由于通讯采用了逻辑环结构 （借助于全双工快速以太网的物理层），主站时钟可以简单、精确地确定各个从站时钟传播的延迟偏移，反之亦然。分布时钟均基于该值进行调整，这意味着可以在网络范围内使用非常精确的、小于1 微秒的、确定性的同步误差时间基（参见图6）。而跨接工厂等外部同步则可以基于IEEE 1588 标准。图 6: 同步性与一致性：相距电缆长度为有120米的两个分布系统，带有300个节点的示波器比较此外，高分辨率的分布时钟不仅可以用于同步，还可以提供数据采集的本地时间精确信息。当采样时间非常短暂时，即使是出现一个很小的位置测量瞬时同步偏差，也会导致速度计算出现较大的阶跃变化，例如，运动控制器通过顺序检测的位置计算速度便是如此。而在EtherCAT中，引入时间戳数据类型作为一个逻辑扩展，以太网所提供的巨大带宽使得高分辨率的系统时间得以与测量值进行链接。这样，速度的精确计算就不再受到通讯系统的同步误差值影响，其精度要高于基于自由同步误差的通讯测量技术。3.4 性能EtherCAT使网络性能达到了一个新境界。借助于从站硬件集成和网络控制器主站的直接内存存取，整个协议的处理过程都在硬件中得以实现，因此，完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU 性能或软件实现方式。1000个I/O的更新时间只需30 µs，其中还包括I/O周期时间（参见表1）。单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换，几乎相当于12000个数字输入和输出，而传送这些数据耗时仅为300 µs。表 1: EtherCAT性能概貌100个伺服轴的通讯也非常快速：可在每100µs中更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。而即使是在保证这种性能的情况下，带宽仍足以实现异步通讯，如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应，总线系统不再是控制理念的瓶颈，分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。EtherCAT技术原理具有可塑性，并不束缚于100 M bps的通讯速率，甚至有可能扩展为1000 M bps的以太网。 3.5 诊断现场总线系统的实际应用经验表明，有效性和试运行时间关键取决于诊断能力。只有快速而准确地检测出故障，并明确标明其所在位置，才能快速排除故障。因此，在EtherCAT的研发过程中，特别注重强化诊断特征。试运行期间，驱动或I/O 端子等节点的实际配置需要与指定的配置进行匹配性检查，拓扑结构也需要与配置相匹配。由于整合的拓扑识别过程已延伸至各个端子，因此，这种检查不仅可以在系统启动期间进行，也可以在网络自动读取时进行（配置上载）。可以通过评估CRC校验，有效检测出数据传送期间的位故障——32 位CRC多项式的最小汉明距为4。除断线检测和定位之外，EtherCAT系统的协议、物理层和拓扑结构还可以对各个传输段分别进行品质监视，与错误计数器关联的自动评估还可以对关键的网络段进行精确定位。此外，对于电磁干扰、连接器破损或电缆损坏等一些渐变或突变的错误源而言，即便它们尚未过度应变到网络自恢复能力的范围，也可对其进行检测与定位。3.6 高可靠性选择冗余电缆可以满足快速增长的系统可靠性需求，以保证设备更换时不会导致网络瘫痪。您可以很经济地增加冗余特性，仅需在主站设备端增加使用一个标准的以太网端口（无需专用网卡或接口），并将单一的电缆从总线型拓扑结构转变为环型拓扑结构即可（见图7）。当设备或电缆发生故障时，也仅需一个周期即可完成切换。因此，即使是针对运动控制要求的应用，电缆出现故障时也不会有任何问题。EtherCAT也支持热备份的主站冗余。由于在环路中断时EtherCAT从站控制器芯片将立刻自动返回数据帧，一个设备的失败不会导致整个网络的瘫痪。例如，拖链设备可以配置为分支拓扑以防线缆断开。图 7: 使用标准从站设备的低成本线缆冗余3.7 安全性为了实现EtherCAT安全数据通信，EtherCAT安全通信协议已经在ETG组织内部公开。EtherCAT被用作传输安全和非安全数据的单一通道。传输介质被认为是“黑色通道”而不被包括在安全协议中（见图8）。EtherCAT过程数据中的安全数据报文包括安全过程数据和所要求的数据备份。这个“容器”在设备的应用层被安全地解析。通信仍然是单一通道的。这符合IEC61784-3附件中的模型A。图 8: 使用黑色通道的EtherCAT安全通信软件构件EtherCAT安全协议已经由德国技术监督局（TÜV）评估为满足IEC61508定义的SIL3等级的安全设备之间传输过程数据的通信协议。设备上实施EtherCAT安全协议必须满足安全目标的需求。相应的产品相关要求也必须考虑进来。图 9: EtherCAT安全系统图9中的应用示例受益于这种技术。安全元件在自动化系统中所需要的任意地方都可以使用。系统中可以使用不同规模的本地输入和输出元件。可以根据需求使用安全或非安全总线端子扩展额外的输入和输出。安全逻辑也嵌入到网络当中。这样不用安全扩展的标准PLC可以继续处理控制任务。安全输入和输出功能需要的本地安全逻辑由智能化的安全总线端子实现。这节约了昂贵的安全PLC所带来的成本，并可以根据当前任务随意裁剪逻辑功能。只有安全EtherCAT主站和所分配的安全从站通过非安全的标准PLC路由。· 本协议在安全数据长度，通信介质或波特率方面么有限制。· EtherCAT被用作“黑色通道”，即，通信系统在安全处理中没有任何作用。· 协议被鉴定符合IEC61508定义的SIL3等级· 提供EtherCAT安全功能的产品已经于2005年就上市了。3.8 EtherCAT 取代PCI随着PC组件急剧向小型化方向发展，工业PC的体积日趋取决于插槽的数目。而快速以太网的带宽和EtherCAT通讯硬件的过程数据长度则为该领域的发展提供了新的可能性——IPC 中的传统接口现在可以转变为集成的EtherCAT接口端子（参见图10）。除了可以对分布式I/O进行编址，还可以对驱动和控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关和其它通讯接口等复合系统进行编址。图 10: 分布式现场总线接口即使是其他无协议限制的以太网设备变体，也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯 （参见图11），因此，这不仅极大地精简了IPC主机的体积和外观，而且也降低了IPC主机的成本。图 11: EtherCAT使控制器的体积显著减小3.9 设备行规设备行规描述了设备的应用参数和功能特性，如设备类别相关的机器状态等。现场总线技术已经为I/O设备、驱动、阀等许多设备类别提供了可利用的设备行规。用户非常熟悉这些行规以及相关的参数和工具，因此，EtherCAT无需为这些设备类别重新开发设备行规，而是为现有的设备行规提供了简单的接口。该特性使得用户和设备制造商可以轻松完成从现有的现场总线到EtherCAT技术的转换过程。3.9.1 EtherCAT实现CANopen (CoE)CANopen©设备和应用行规广泛用于多种设备类别和应用，如I/O组件、驱动、编码器、比例阀、液压控制器，以及用于塑料或纺织行业的应用行规等。EtherCAT可以提供与CANopen机制[7]相同的通讯机制，包括对象字典、PDO（过程数据对象）、SDO（服务数据对象），甚至于网络管理。因此，在已经安装了CANopen的设备中，仅需稍加变动即可轻松实现EtherCAT，绝大部分的CANopen©固件都得以重复利用。并且，可以选择性地扩展对象，以便利用EtherCAT所提供的巨大带宽。3.9.2 EtherCAT实施伺服驱动 设备行规IEC 61491 (SoE)SERCOS interface™ 是全球公认的、用于高性能实时运行系统的通讯接口，尤其适用于运动控制的应用场合。用于伺服驱动和通讯技术的SERCOS™框架属于IEC 61491标准[8] 的范畴。该伺服驱动框架可以轻松地映射到 EtherCAT中，嵌入于驱动中的服务通道、全部参数存取以及功能都基于EtherCAT邮箱（参见图12）。在此，关注焦点还是EtherCAT与现有协议的兼容性（IDN的存取值、属性、名称、单位等），以及与数据长度限制相关的扩展性。过程数据，即形式为AT和MDT的SERCOS™数据，都使用EtherCAT从站控制器机制进行传送，其映射与SERCOS映射相似。并且，EtherCAT从站的设备状态也可以非常容易地映射为SERCOS™协议状态。EtherCAT从站状态机可以很容易地映射到SERCOS™协议的通信阶段。EtherCAT为这种在CNC行业中广泛使用的设备行规提供了先进的实时以太网技术。这种设备行规的优点与EtherCAT分布时钟提供的优点相结合，保证了网络范围内精确时钟同步。可以任意传输位置命令，速度命令或扭矩命令。取决于实现方式，甚至可能继续使用相同的设备配置工具。图 12: 同时并存的多个设备行规和协议3.10 EtherCAT实现以太网(EoE)EtherCAT技术不仅完全兼容以太网，而且在“设计”之初就具备良好的开放性特征——该协议可以在相同的物理层网络中包容其它基于以太网的服务和协议，通常可将其性能损失降到最小。对以太网的设备类型没有限制，设备可通过交换机端口在EtherCAT段内进行连接。以太网帧通过EtherCAT协议开通隧道，这也正是VPN、 PPPoE (DSL) 等因特网应用所普遍采取的方法。EtherCAT网络对以太网设备而言是完全透明的，其实时特性也不会发生畸变（参见图13）。图 13: 对所有以太网协议完全透明EtherCAT设备可以包容其它的以太网协议，因此具备标准以太网设备的一切特性。主站的作用与第2层交换机所起的作用一样，可按照编址信息将以太网帧重新定向到相应的设备。因此，集成万维网服务器、电子邮件和FTP 传送等所有的因特网技术都可以在EtherCAT的环境中得以应用。3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE)这种简单的协议与TFTP类似，允许存取设备中的任何数据结构。因此，无论设备是否支持TCP/IP，都有可能将标准化固件上载到设备上。3.12 ADS over EtherCAT (AoE)ADS over EtherCAT (AoE)是由EtherCAT规范定义的客户端-服务器邮箱协议。尽管CoE协议提供了详尽的描述，但AoE则更适合路由与并行服务的应用：通过网关设备访问子网络，如EtherCAT至CANopen® 或 EtherCAT至IO-Link™ 网关设备。AoE使EtherCAT主站应用（如PLC程序）可以访问所属CANopen® 或 IO-Link™从站的各个参数。AoE路由机制开销远低于因特网协议（IP）所定义的开销，并且发送方和接收方寻址参数始终包含在AoE报文中。因此，EtherCAT主站和从站端的实施更为精简。AoE也通过EtherCAT自动化协议（EAP）进行非周期通信的标准化，从而为上位机MES系统或主计算机、EtherCAT主站及其从属的现有设备之间提供无缝通信。同时，AoE也提供了从远程诊断工具获取EtherCAT网络诊断信息的标准化方法。4. 基础设施成本页首由于EtherCAT无需集线器和交换机，因此，在环境条件允许的情况下，可以节省电源、安装费用等设备方面的投资，只需使用标准的以太网电缆和价格低廉的标准连接器即可。如果环境条件有特殊要求，则可以依照IEC标准，使用增强密封保护等级的连接器。5. EtherCAT 实施页首EtherCAT技术是面向经济的设备而开发的，如I/O 端子、传感器和嵌入式控制器等。EtherCAT使用遵循IEEE802.3标准的以太网帧。这些帧由主站设备发送，从站设备只是在以太网帧经过其所在位置时才提取和/或插入数据。因此，EtherCAT 使用标准的以太网MAC，这正是其在主站设备方面智能化的表现。同样，EtherCAT在从站控制器中使用专用芯片，这也是其在从站设备方面智能化的表现——无论本地处理能力是否强大或软件品质好坏与否，专用芯片均可在硬件中处理过程数据协议，并提供最佳实时性能。5.1 主站EtherCAT可以在单个以太网帧中最多实现1486字节的分布式过程数据通讯。其它解决方案一般是，主站设备需要在每个网络周期中为各个节点处理、发送和接收帧。而EtherCAT系统与此不同之处在于，在通常情况下，每周期仅需要一个或两个帧即可完成所有节点的全部通讯，因此，EtherCAT主站不需要专用的通讯处理器。主站功能几乎不会给主机CPU带来任何负担，轻松处理这些任务的同时，还可以处理应用程序，因此EtherCAT 无需使用昂贵的专用有源插接卡，只需使用无源的NIC卡或主板集成的以太网MAC设备即可。EtherCAT主站很容易实现，尤其适用于中小规模的控制系统和有明确规定的应用场合。例如，如果某个单个过程映像的PLC没有超过1486 字节，那么在其周期时间内循环发送这个以太网帧就足够了。因为报文头运行时不会发生变化，所以只需将常数报文头插入到过程映像中，并将结果传送到以太网控制器即可。EtherCAT映射不是在主站产生，而是在从站产生（外围设备将数据插入所经以太网帧的相应位置），因此，此时过程映像已经完成排序。该特性进一步减轻了主机CPU的负担。可以看到，EtherCAT主站完全在主机CPU中采用软件方式实现，相比之下，传统的慢速现场总线系统通过有源插接卡方可实现主站的方式则要占用更多的资源，甚至服务于DPRAM的有源卡本身也将占用可观的主机资源。系统配置工具（通过生产商获取）可提供包括相应的标准 XML 格式启动顺序在内的网络和设备参数。图 14: 主站实施的单个过程映像5.1.1 主站实施服务已经在各种实时操作系统上实现了EtherCAT主站，包括但并不限于：eCos, INtime, MICROWARE OS-9, MQX, On Time RTOS-32, Proconos OS, Real-Time Java, RT Kernel, RT-Linux, RTX, RTXC, RTAI Linux, PikeOS, Linux with RT-Preempt, QNX, VxWin + CeWin, VxWorks, Windows CE, Windows XP/XPE with CoDeSys SP RTE, Windows NT/NTE/2000/XP/XPE/Vista with TwinCAT RTE, Windows 7 and XENOMAI Linux.可以获得开源主站协议栈，作为示例代码或商业软件。也有各种公司提供各种硬件平台上的实施服务。可以在EtherCAT网站上的产品区找到快速增长的供应商信息[1]。5.1.2 主站样本代码另一种EtherCAT主站的实现方式是使用样本代码，花费不高。软件以源代码形式提供，包括所有的EtherCAT主站功能，甚至还包括EoE（EtherCAT实现以太网）功能（见图15）。开发人员只要把这些应用于Windows环境的代码与目标硬件及所使用的RTOS加以匹配就可以了。该软件代码已经成功应用于多个系统。图 15: 主站样本代码结构5.2 从站EtherCAT从站设备使用一个价格低廉的从站控制器芯片ESC。从站不需要微处理器就可以实现EtherCAT通信。可以通过I/O接口实现的简单设备可以只由ESC和其下的PHY，变压器和RJ45接头。给从站的过程数据接口是32位的I/O接口。这种从站没有可配置的参数，所以不需要软件或邮箱协议。EtherCAT状态机由ESC处理。ESC的启动信息从EEPROM中读取，它也支持从站的身份识别。更复杂的可配置从站有使用一个CPU。这个CPU和ESC之间使用8位或16位并行接口或串行SPI接口。要求的CPU性能取决于从站的应用，EtherCAT协议软件在其上运行。EtherCAT协议栈管理EtherCAT状态机和应用层协议，可以实现CoE协议和支持固件下载的FoE协议。EoE协议也可以实施。5.2.1 EtherCAT Slave Controller目前，有多家制造商均提供EtherCAT从站控制器。通过价格低廉的FPGA，也可实现从站控制器的功能，可以购买授权以获取相应的二进制代码。从站控制器通常都有一个内部的DPRAM，并提供存取这些应用内存的接口范围：· 串行SPI（串行外围接口）主要用于数量较小的过程数据设备，如模拟量I/O模块、传感器、编码器和简单驱动等。该接口通常使用8位微控制器，如微型芯片PIC、DSP、Intel 80C51等(见图16)。· 8/16位微控制器并行接口与带有DPRAM接口的传统现场总线控制器接口相对应，尤其适用于数据量较大的复杂设备。通常情况下，微控制器使用的接口包括Infineon 80C16x、Intel 80x86、Hitachi SH1、ST10、ARM和TI TMS320等系列(见图16)。· 32位并行I/O接口不仅可以连接多达32位数字输入/输出，而且也适用于简单的传感器或执行器的32位数据操作。这类设备无需主机CPU(见图17)。图 16: 从站硬件：带主机CPU的FPGA图 17: 从站硬件：带直接I/O的FPGA关于EtherCAT从站控制器的最新信息，请登录EtherCAT网站[1]。5.2.2 从站评估工具包倍福公司提供的从站评估工具包使接口操作变得简便易行。由于采用了EtherCAT，无需功能强大的通讯处理器，因此，可将从站评估工具包中的8位微处理器作为主机CPU使用。该工具包还包括源代码形式的从站主机软件（相当于协议堆栈）和参考主站软件包（TwinCAT）。6. 小结页首EtherCAT 拥有杰出的通讯性能，接线非常简单，并对其它协议开放。传统的现场总线系统已达到了极限，而EtherCAT则突破建立了新的技术标准——30 µs内可以更新1000个I/O数据，可选择双绞线或光纤，并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。使用 EtherCAT，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件。EtherCAT还可以使用传统的交换机连接方式，以集成其它的以太网设备。其它的实时以太网方案需要与控制器进行特殊连接，而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC) 便可实现。EtherCAT拥有多种机制，支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯（参见图18）。它实现了安全功能，采用技术可行且经济实用的方法，使以太网技术可以向下延伸至I/O级。EtherCAT功能优越，可以完全兼容以太网，可将因特网技术嵌入到简单设备中，并最大化地利用了以太网所提供的巨大带宽，是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。图 19: 网络结构形式多样7. 参考文献页首[1]EtherCAT Technology Group (ETG) http://www.ethercat.org[2]IEC 61158-3/4/5/6-12 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 3-12: Data-link layer service definition – Part 4-12: Data-link layer protocol specification – Part 5-12: Application layer service definition – Part 6-12: Application layer protocol specification – Type 12 elements (EtherCAT)[3]IEEE 802.3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications[4]IEEE 802.3ae-2002: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications: Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 10 Gb/s Operation[5]ANSI/TIA/EIA-644-A, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits[6]IEEE 1588-2002: IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems[7]EN 50325-4: Industrial communications subsystem based on ISO 11898 (CAN) for controller-device interfaces. Part 4: CANopen[8]IEC 61800-7-301/304 (Ed.1.0), Adjustable speed electrical power drive systems – Part 7-301: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 1 to network technologies – Part 7-304: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 4 to network technologies[9]SEMI E54.20: Standard for Sensor/Actuator Network Communications for EtherCAT.为何使用EtherCAT？EtherCAT独特的运行机制使其成为“工程师的明智之选”。此外，以下特点对某些应用具有特别的优势。1. 卓越的性能总的来说 EtherCAT 是最快的工业以太网技术，同时它提供纳秒级精确的同步。目标系统由总线系统控制或监测的所有应用都将从此大大获益。快速反应时间减少了处理步骤中的状态转换等待时间，从而显著提高了应用的效率。最后，相对于设定了相同循环时间的其他总线系统，EtherCAT 系统结构通常能减少 25%-30%的 CPU 负载。而最好的情况下，EtherCAT 性能可以改善精度，获得更高的吞吐量，并降低成本。2. 灵活的拓扑在 EtherCAT 应用中，机器结构决定网络拓扑结构，而非反之。在传统的工业以太网系统中，可安装的交换机和集线器的数量是有限的，从而限制了整个的网络拓扑结构。而 EtherCAT 无需交换机或集线器，因此没有这样的局限性。简而言之，EtherCAT 在网络拓扑方面没有任何限制。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。由于自动链接检测功能，节点和网段可在运行中断开及重新连接——甚至连接到其他地方。线型拓扑可以拓展为环形拓扑，从而实现线缆冗余。主站设备仅需要第二个以太网口即可实现这种冗余功能，而从站设备已经具备了支持冗余功能的条件。因此可在机器运转过程中进行设备交换。3. 简单且耐用配置、检测、维护都与系统的成本息息相关。以太网现场总线使得所有这些任务变得异常简单：EtherCAT 可以自动配置地址，无需手动配置。低总线负载和点对点的物理层改善了抗电磁干扰的能力。网络可靠地定位检测潜在的干扰，从而大大减少了排除错误的时间。在启动时，网络将目标拓扑与现实拓扑对比从而检测差异。EtherCAT 出色的性能使得系统配置时降低对网络调试的需求。由于高带宽，可以将其他的 TCP/IP 与控制数据同时传输。然而，EtherCAT 并不是基于 TCP/IP 的，因此无需使用 MAC 地址或 IP 地址，更不需要 IT 专家配置交换机或路由器。4. 集成安全功能性安全作为一个网络结构的集成部分？对于 FSoE（Functional Safety over EtherCAT）来说不是问题。FSoE 是得到实际验证的，自 2005 年就有了通过 TÜV 认证的FSOE 设备。协议满足 SIL 3 系统要求，且适用于集中控制和分散控制系统。由于黑色通道的方式及特别精简的安全容器（Safety Container），FSoE 也可以应用于其他总线系统。该集成方案及精简的协议可降低系统成本。此外，一个非安全要求的控制器可以接受并处理安全数据。5. 低成本易实现EtherCAT 以相当甚至低于传统现场总线系统的价格水平提供工业以太网的特性。对于主站设备硬件仅需要一个以太网端口——而无需昂贵的接口卡或协处理器。不同形式的 EtherCAT 从站控制器可以从很多供应商获得：ASIC 芯片、FPGA，或标准微处理器的可选总线接口。由于这些便宜的控制器可以承担所有时间关键任务，EtherCAT 自身并不向从站设备 CPU 提出任何性能要求，从而降低了设备成本。因为 EtherCAT 不需要交换机或其他有源基础组件，从而节省了该类组件及其安装、配置和维护的成本。基于这些原因，EtherCAT广泛适用于：· 机器人· 机床· 包装机械· 印刷机· 塑料制造机器· 冲压机· 半导体制造机器· 试验台· 测试系统· 抓取机器· 电厂· 变电站· 材料处理应用· 行李运送系统· 舞台控制系统· 自动化装配系统· 纸浆和造纸机· 隧道控制系统· 焊接机· 起重机和升降机· 农场机械· 海岸应用· 锯木厂· 窗户生产设备· 楼宇控制系统· 钢铁厂· 风机· 家具生产设备· 铣床· 自动引导车· 娱乐自动化· 制药设备· 木材加工机器EtherCAT 常见问题1. EtherCAT技术· 1.1 EtherCAT性能远高于我的应用需求。为什么我还要使用该技术？· 1.2. 为何使用EtherCAT可以降低成本？· 1.3 EtherCAT是否仅局限于主站与从站的通讯应用？· 1.4 如何保证EtherCAT设备的兼容性?2. EtherCAT 技术协会· 2.1 我必须成为ETG会员才可以使用EtherCAT吗？· 2.2 我必须成为ETG会员才可以实施EtherCAT吗？· 2.3 如何成为EtherCAT技术协会的会员？· 2.4. 会员可以享有何种利益？· 2.5 为何ETG会员资格是免费的？· 2.6 将来会否收取会费？· 2.7 ETG会员如何影响该技术的发展？· 2.8 EtherCAT技术协会的法律地位？3. EtherCAT: 开放的技术· 3.1 EtherCAT是一个开放性的技术。这意味着什么？· 3.2 是否有专利权？· 3.3 如何授权？· 3.4 开放源代码是怎样的情况？· 3.5 是否有多种渠道获取EtherCAT从站控制器？4. 实施方面· 4.1 我们想实施一个EtherCAT从站设备，应该如何开始？· 4.2 我们想实施一个EtherCAT主站设备，应该怎么做呢？· 4.3 EtherCAT从站控制芯片的授权如何？· 4.4 FPGA的授权费用如何？· 4.5 是否必须 将我们的EtherCAT设备递交给一致性测试中心接受检测吗？5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID？· 5.2 我们的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我们可以在我们的设备上使用它吗？· 5.3 我们正在使用技术提供商提供的接口板在我们的设备上增加EtherCAT接口。那么。我们可以在我们的设备上使用该技术提供商的Vendor ID吗？· 5.4 何谓二级Vendor ID?· 5.5 我们有一个CANopen® 的Vendor ID。我们可以在EtherCAT设备上使用它吗？· 5.6 我们如何申请Vendor ID？6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一个EtherCAT接口来连接我的FSoE设备？· 6.2 是否需要为我的FSoE设备实施一个独立的控制器结构？· 6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通讯系统中使用Safety over EtherCAT？· 6.4 是否有经过认证的Safety over EtherCAT堆栈可供使用？· 6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性测试？· 6.6 我的Safety over EtherCAT设备是否需要经过相关机构（如TUV, BGIA）的认可？· 6.7 我是否需要在设备上市前在FSoE测试中心进行官方测试？· 6.8 为何我在设备上实施Safety over EtherCAT协议需要授权？· 6.9 我如何可以获得并使用Safety over EtherCAT的Logo？· 6.10 我是一个EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT设备？· 6.11 我是机械设备制造商。我需要授权才可以使用Safety over EtherCAT的设备吗？· 1. EtherCAT技术· 1.1 EtherCAT性能远高于我的应用需求。为什么我还要使用该技术？卓越的现场总线性能决不会有坏处。即使对于慢速控制，使用EtherCAT也可以改善响应时间并简化配置工作，因为缺省配置就可以满足要求。此外，更短的响应时间可以改善您应用的性能，因为这缩减了传输等待时间（如，在下一个处理被初始化前对输入信号的等待时间）。如果您对性能要求并不苛刻，也可以因为EtherCAT的其它优势而选用它，比如，成本更低，更加灵活的拓扑结构，或者仅仅是使用方便。总而言之，您采用EtherCAT，就无需采用昂贵慢速的系统了。· 1.2. 为何使用EtherCAT可以降低成本？有这样几种原因：低成本的从站控制器降低了从站设备的成本。无需任何特殊的主站卡，主板集成的以太网控制器即可满足要求。无需交换机或集线器，因此降低了基础设施的成本。使用标准以太网线缆。实施简单，因此降低了实施成本。支持自动配置，无需任何手动设置地址，无需任何网络调整，因此降低了配置成本。· 1.3 EtherCAT是否仅局限于主站与从站的通讯应用？不是的。与其他实时工业以太网系统一样，一个设备（主站）必须要担任网络管理、组织介质读取控制的任务。对于EtherCAT，有两种方式可以实现从站与从站的通讯：在同一个循环周期内基于拓扑结构，其中上游设备可以与下游设备交换数据，而独立于拓扑结构的情况需要在两个总线周期实现数据交换。EtherCAT比其他的协议更具有速度优势，即使需要两个周期实现从站与从站的通讯，相对来讲也是高速高效的。· 1.4 如何保证EtherCAT设备的兼容性? 对于一个通讯技术来说，保证其实施的一致性及兼容性是该技术成功的重要因素。因此EtherCAT技术协会非常重视这些特性。技术实施协议方面的一致性是兼容性的前提，这意味着来自于不同厂商的设备可以在同一个应用网络中协同工作。为保证一致性，必须使用一致性测试工具（CTT）。此外，我们还有遍布全球的一致性测试中心（ETC）。对于通过EtherCAT一致性测试的设备，ETC将颁发官方一致性证书。更多关于一致性测试及设备认证的信息可以在一致性测试页面找到。· 2. EtherCAT 技术协会· 2.1 我必须成为ETG会员才可以使用EtherCAT吗？不需要。但是，您或许希望通过加入ETG来向您的客户或供应商展示您对该技术的支持。对于一个ETG会员，您将被邀请参加ETG会议，获取详细的技术规范及相关信息，并影响该技术的发展。· 2.2 我必须成为ETG会员才可以实施EtherCAT吗？虽然我们建议您加入ETG（见2.3/2.4），但如果您在您的机器或生产线上集成EtherCAT设备，那么我们认为您是最终用户，并不必须加入ETG。EtherCAT设备制造商必须要加入ETG，并获得一个EtherCAT Vendor ID。详情请在下载专区（请使用您的会员登录账号）下载EtherCAT Vendor ID政策（EtherCAT Vendor ID Policy）。会员资格免费获取（见2.5/2.6）。· 2.3 如何成为EtherCAT技术协会的会员？可以通过给ETG总部发邮件info@ethercat.org申请ETG的会员资格。您将得到所有必须的信息，如需求，会员申请表格等。在成为会员之前，请仔细阅读ETG By-Laws· 2.4. 会员可以享有何种利益？ETG会员优先享受技术支持，可获取仅提供给会员的EtherCAT规范、指南、免费从站代码和其他支持工具及相关信息。会员将被邀请参加ETG会议，如技术委员会（TC）或技术工作组（TWG），对规范进行审核和讨论。ETG会员有资格参加指定的EtherCAT培训和研发课程。此外，ETG会员还可以在EtherCAT官网上推广其产品，并作为合作伙伴参与我们的全球系列研讨会和全球重要展览会上的ETG联合展台。ETG会员权益· 2.5 为何ETG会员资格是免费的？会员年费或者其他的高额成本相对于获取一个开放的技术应该不是一个问题。因此，不仅没有ETG的会员费用，而且ETG会员获取协议堆栈，样本代码，评估套件，实施支持和其他的服务都是免费或者仅需很低的费用。· 2.6 将来会否收取会费？目前没有收取ETG会费的计划。如果将来需要收取会费（如，以支持ETG的外加服务），将由会员委员大会讨论通过决定。· 2.7 ETG会员如何影响该技术的发展？在ETG技术委员会会议上将对EtherCAT技术进行详细探讨，鼓励各ETG会员加入技术工作组和项目团队，并提出宝贵的建议和意见。 会员区有所有工作组的列表（需登录）ETG工作组欢迎各用户、OEM、系统集成商和设备制造商提供有价值的需求反馈，ETG的工作历史表明这种反馈非常有效。 技术使用者和开发者之间直接和个人的联系可以加强关于"Know-how"知识和技术信息的深层次交流。 查找ETG会员详细信息请点击这里：EtherCAT组织架构· 2.8 EtherCAT技术协会的法律地位？ETG是（类似于德国大多数工会或政党）受德国法律允许的非注册协会或社团组织。根据相关法规，由于ETG不销售任何产品，因此ETG是一个非盈利性组织。会员对协会资产共同承担有限责任——ETG无资产，因此事实负债为零。· 3. EtherCAT: 开放的技术· 3.1 EtherCAT是一个开放性的技术。这意味着什么？这意味着每一个人都可以使用，实施，并获利于该技术。还意味着EtherCAT实施应该是兼容的，任何人不应为防止他人使用而改变这种技术。EtherCAT是国际标准(IEC61158, IEC 61784, IEC 61800, ISO 15745)，同时也是SEMI标准(E54.20)。· 3.2 是否有专利权？是的，EtherCAT技术有专利权，如同其他任何值得拥有专利权的现场总线技术一样。 可以提供独特功能的技术需要专利权和授权以保护其不受复制和伪造的伤害。· 3.3 如何授权？对于EtherCAT主站实施的授权是免费的，但协议要求兼容性，以确保授权免费并提供法律效力。 对于从站设备，EtherCAT采用了CAN的授权模式（CAN是一个受专利保护的标准开放技术的出色样本）： 低额的授权费用已经“嵌入到”EtherCAT 从站控制器（ESC）芯片中，因此，设备制造商，最终用户，系统集成商，工具生产商等无需再付授权费用。· 3.4 开放源代码是怎样的情况？EtherCAT技术本身并不开源。 EtherCAT符合IEC，ISO和SEMI标准，因此每个人都可以平等地使用EtherCAT技术。 此外，无需缴纳主站使用授权费用。 ETG所有会员和EtherCAT用户组共同维护并促进EtherCAT技术的进一步发展。如果您有关于技术实施或者EtherCAT技术结合共享和开放源码系统方面的相关问题，请联系ETG总部或EtherCAT技术的专利方Beckhoff。· 3.5 是否有多种渠道获取EtherCAT从站控制器？有。EtherCAT从站控制器（ESC）实施可以从亚信电子、Beckhoff、Hilscher、HMS、英飞凌、Innovasic、Microchip、Profichip、德州仪器、Trinamics、瑞萨电子、Intel以及 Xilinx获取。更多实施也即将发布。EtherCAT从站控制器概述可在资料下载区进行查询：下载区· 4. 实施方面· 4.1 我们想实施一个EtherCAT从站设备，应该如何开始？可以参考EtherCAT Slave Implementation Guide（EtherCAT从站实施指南）作为从站实施的开始，请点击这里下载。该文件涵盖从站实施的起始步骤，包括开发硬件、软件、研讨会和培训、一致性，以及一步步的提示信息。 EtherCAT从站协议栈可以从多个供应商获取。 Beckhoff将从站协议栈代码(SSC)-源代码免费开放给所有ETG会员。 EtherCAT从站实施套件也可以从相关供应商获取。请在官方EtherCAT产品指南中查询更多从站评估套件：EtherCAT产品页面· 4.2 我们想实施一个EtherCAT主站设备，应该怎么做呢？对于主站来讲，你并不需要专用的硬件设备。任何以太网MAC都可以满足要求。EtherCAT对资源消耗非常小，因此也无需特殊的通讯处理器。主站代码可以从多种渠道获得，如一些通过样本代码包提供的免费开放代码，甚至一些包含了RTOS的主站产品。实施服务同样有不同的供应商可以提供。请点击此处了解EtherCAT产品情况。· 4.3 EtherCAT从站控制芯片的授权如何？当您从EtherCAT从站控制器供应商那里购买了ESC芯片，所有的EtherCAT功能已经包含在芯片中。对EtherCAT从站设备供应商来说，取得了ESC供应商资格则包含该授权，无需额外的EtherCAT授权费用。· 4.4 FPGA的授权费用如何？当您从您首选的半导体分销商那里购买了FPGA，EtherCAT代码尚未加载。EtherCAT IP核授权适用于Intel和Xilinx的FPGA。您只需支付一个授权即可制造尽可能多的EtherCAT从站设备。此外，也有基于数量的授权。· 4.5 是否必须 将我们的EtherCAT设备递交给一致性测试中心接受检测吗？不是。在官方EtherCAT测试中心进行一致性测试是可选的——但是，您的客户可能会需要一致性测试证书，而一致性测试证书只能通过官方测试后才能发放。您必须确保您的研发设施中应用了官方一致性测试工具（CTT）。每年，ETG都会维护和进一步发展CTT，CTT以订阅的方式提供。关于一致性的更多详情，请点击此处获得。· 5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID？EtherCAT Vendor ID是由EtherCAT技术协会为每一个供应商分配的唯一的标识号码。它与产品编码（product code ）一同将包含在EtherCAT设备的 标识对象中。EtherCAT Vendor ID 列表· 5.2 我们的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我们可以在我们的设备上使用它吗？如果要求将Vendor ID授予合作伙伴公司，请联系ETG总部。但是，我们建议每个EtherCAT设备用户使用自己单独的Vendor ID。· 5.3 我们正在使用技术提供商提供的接口板在我们的设备上增加EtherCAT接口。那么。我们可以在我们的设备上使用该技术提供商的Vendor ID吗？不可以。该技术提供商的通信设备上附带有Vendor ID。您应使用自己独有的Vendor ID来替代它，以便于您的设备可以在网络中被识别。· 5.4 何谓二级Vendor ID?二级Vendor ID是从原Vendor ID派生出来的，专门用来标识通讯接口设备类产品的Vendor ID，但这类产品无法参加后续的一致性测试。· 5.5 我们有一个CANopen® 的Vendor ID。我们可以在EtherCAT设备上使用它吗？对于您的EtherCAT产品，你需要一个EtherCAT Vendor ID。然而，在您申请EtherCAT Vendor ID时，您可以提出申请与您CANopen® 的Vendor ID相同的号码，如果您申请的号码仍然可用，ETG则会分配给您。· 5.6 我们如何申请Vendor ID？非常简单，您仅需到EtherCAT网站的会员页面下载:EtherCAT Vendor ID 申请表格· 6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一个EtherCAT接口来连接我的FSoE设备？不需要。RSoE协议采用一个黑色通道实现；无需为此设置安全相关的标准通讯接口。控制器，ASIC以及链接，耦合器相关的通讯接口都可以保留使用。· 6.2 是否需要为我的FSoE设备实施一个独立的控制器结构？使用两个微控制器是实现SIL 3安全设备的常用方式。但这并不是Safety over EtherCAT规范的要求。实现这个协议必须满足以下要求：- 完全符合IEC 61508和IEC 61784-3；- 完全符合FSoE协议规范；- 完全符合安全完整性等级（SIL）要求和相应产品的指定需求。· 6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通讯系统中使用Safety over EtherCAT？可以。该协议可以在任何通讯中使用，可以是EtherCAT通讯，现场总线系统，以太网或类似的通讯，光纤，同轴线缆，甚至无线传输。对于通讯总线耦合器或其他设备没有限制或特别要求。· 6.4 是否有经过认证的Safety over EtherCAT堆栈可供使用？有，在ETG内部有服务提供商能够提供预先认证的FSoE协议栈和安全研发服务。Safety over EtherCAT协议非常简洁，协议状态机有明确的界定。经验表明，使用或不使用预认证的堆栈都可以在短时间内轻松实施。· 6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性测试？是的。FSoE测试案例规范适用于FSoE设备，并通过TUV批准。对于FSoE从站，测试案例与EtherCAT测试工具配合使用，可以执行一个自动的测试。通常情况下，由于灵活的主站配置，对于主站堆栈的自动检测更复杂。因此，可用的测试案例规范可以用于对主站的认可。Safety over EtherCAT规则ETG.9100包括了对一个设备验收的完整测试流程。· 6.6 我的Safety over EtherCAT设备是否需要经过相关机构（如TUV, BGIA）的认可？是的。Safety over EtherCAT设备的研发需要评估。设备的实现包括通过EMC报告，Safety over EtherCAT一致性测试，并通过所有符合IEC 61508的安全周期流程。该评估将由机构实现。· 6.7 我是否需要在设备上市前在FSoE测试中心进行官方测试？是的。FSoE测试政策是需要通过官方FSoE测试中心测试的。进行FSoE一致性测试的前提是拥有有效的EtherCAT协议实施认证。FSoE测试中心的所有测试都可以在内部进行准备。· 6.8 为何我在设备上实施Safety over EtherCAT协议需要授权？Safety over EtherCAT是一种为很多设备制造商所采用的技术。对于这样一种技术来说，兼容性是保证在应用领域能进行互操作的重要功能。取得授权的设备制造商都有权实施这一技术，但其设备必须具有符合规范的兼容性。授权是免费的。使用FSoE最终设备的机器制造商及控制系统提供商则无需该项授权。· 6.9 我如何可以获得并使用Safety over EtherCAT的Logo？Safety over EtherCAT的logo可以从ETG总部获取。使用Safety over EtherCAT Logo的产品必须遵循由ETG发布的ETG9001 EtherCAT标识规则。· 6.10 我是一个EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT设备？如果您只是想在EtherCAT环节支持现有的Safety over EtherCAT设备，则无需在主站上进行任何安全相关的实施。可采用带一个EtherCAT从站接口的FSoE主站，同时也可以被用作安全逻辑设备。只有从-从通信必须由EtherCAT主站支持，将安全数据报从FSoE主站路由至FSoE从站，反之亦然。· 6.11 我是机械设备制造商。我需要授权才可以使用Safety over EtherCAT的设备吗？不。您可以在机械设备中直接使用最终的Safety over EtherCAT产品，而无需授权。您务必留意产品中是否有SIL或PL认证，产品必须执行相关标准（IEC 62061, ISO 13849）或产品标准，以及与其他相关标准的兼容性，如必须符合国际的或国家的法律要求（如Directive of machinery, OSHA, UL等）。Vendor ID每个EtherCAT兼容设备必须使用由ETG分配的全球唯一的Vendor ID。EtherCAT Vendor ID的使用必须符合EtherCAT规范，并由ETG Vendor ID政策和相应的Vendor ID协议约束管理。为明确这一政策，一般规则如下：· 每个EtherCAT设备供应商必须是ETG会员，必须从EtherCAT技术协会取得有效的Vendor ID。· Vendor ID是免费的。· 在EtherCAT设备上市前，供应商必须实现Vendor ID。· 在机器中集成或使用EtherCAT设备的机器制造商，无需申请和使用Vendor ID。发布于 2021-05-28 14:08开放式 IEC 61131 控制系统设计（书籍）以太网（Ethernet）以太网协议赞同 181 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录IT技术专栏IT技术分享
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开源！ZYNQ IgH EtherCAT主站方案分享
[经验]
开源！ZYNQ IgH EtherCAT主站方案分享
Tronlong创龙科技
2021-10-29 11:17:36
4275
嵌入式
Zynq-7000
FPGA
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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。本文主要演示TLZ7x-EasyEVM-S评估板基于IgH EtherCAT控制伺服电机方法。
案例适用开发环境：Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bitLinux开发环境：Ubuntu 14.04.3 64bit虚拟机：VMware15.1.0PetaLinux：2017.4Kernel：linux-xlnx-xenomai-g7645980-v1.0IgH EtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723Xenomai：xenomai-v3.0.11-g4f49146伺服驱动器：台达ASD-A2-0121-E伺服电机：台达ECMA-C10401GS
硬件平台：TLZ7x-EasyEVM-S评估板（Xilinx Zynq-7010/7020）
图 1 TLZ7x-EasyEVM评估板
IgH EtherCAT简介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。
图 3IgH 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。
案例说明案例功能：控制伺服电机正转和反转。正转：伺服电机目标速度从0加速到10000，当达到10000速度后，控制伺服电机减速至0，循环运行。反转：伺服电机目标速度从0加速到-10000，当达到-10000速度后，控制伺服电机减速至0，循环运行。
图 4案例测试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 5
图 6
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_motorkernel-xenomaiimageslinux-xlnx-xenomai-g7645980-v1.0"目录下，请替换至Linux系统启动卡rootfs分区boot目录下。同时将linux-xlnx-xenomai-g7645980-v1.0目录下的module驱动压缩包4.9.0-xilinx-g7645980.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和设备树文件，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4.9.0-xilinx。
图 7
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。
图 9执行如下命令加载驱动模块。Target# insmod /home/root/_install/modules/ec_master.ko main_devices=00:0a:35:00:01:22
图 10
执行如下命令拷贝EtherCAT主站相关文件至评估板文件系统。Target# mkdir /etc/sysconfigTarget# cp _install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfigTarget# cp _install/modules/ec_master.ko /lib/modules/4.9.0-xilinx-g7645980/ //模块驱动名称可通过"uname -r"查看Target# depmod //同步模块依赖关系
图 11
执行如下命令启动EtherCAT主站。Target# /home/root/_install/etc/init.d/ethercat start
图 12
执行如下命令加载ec_generic.ko驱动文件。Target# insmod _install/modules/ec_generic.ko
图 13
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/_install/lib
图 14
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 15
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 16
图 17
按下"Ctrl+C"停止运行程序。
图 18
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 19
图 20
图 21
按下"Ctrl+C"停止运行程序。
图 22
备注：案例设置EtherCAT周期为1ms，同时串口循环打印EtherCAT周期的最小值和最大值。参数解析：latency：等待唤醒时间。period：EtherCAT通讯周期时间。exec：接收和发送EtherCAT数据时间。
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