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【優(yōu)秀評(píng)測(cè)精選】NuMaker-IIoT-NUC980 測(cè)評(píng)之 EtherCAT 實(shí)現(xiàn)

  
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  • 秀評(píng)測(cè)精選 NuMaker-IIoT-NUC980 測(cè)評(píng)之 EtherCAT 實(shí)現(xiàn) 1、背景 作者:lg28870983 最近計(jì)劃DIY一個(gè)EtherCAT控制器,一直在看資料和選型,初步定了NUC980的方案,主要是看中NUC980的RAM比較大,采購(gòu)還算方便(最
秀評(píng)測(cè)精選
NuMaker-IIoT-NUC980 測(cè)評(píng)之 EtherCAT 實(shí)現(xiàn)

1、背景

作者:lg28870983
最近計(jì)劃DIY一個(gè)EtherCAT控制器,一直在看資料和選型,初步定了NUC980的方案,主要是看中NUC980的RAM比較大,采購(gòu)還算方便(最近缺芯,大家都懂)。

選定硬件之后,NUC980跑什么系統(tǒng)呢?從以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,ARM9一般跑linux比較多,資源也好找,同時(shí)官方提供BSP。但這次任務(wù)有點(diǎn)特殊,EtherCAT對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高,linux不是最合適的。結(jié)合MCU開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),就準(zhǔn)備上個(gè)RTOS,以前M3和M4的芯片,主要用FreeRTOS,最近也開(kāi)始用RT-Thread。新唐官方也推出了NUC980的RT-Thread版BSP,對(duì)開(kāi)發(fā)者非常友好,最終決定了NUC980+RT-Thread的方案。

剛好最近官方有個(gè)DIY項(xiàng)目官方活動(dòng),就報(bào)了名。


2、EtherCAT 主站軟件方案
EtherCAT本身還是比較復(fù)雜的,我們就不自己造輪子了,考慮用開(kāi)源方案,畢竟硬件成本這么低,商用方案是真的用不起!
現(xiàn)在開(kāi)源主站主要就兩種,SOEM和IGH(相關(guān)的資料網(wǎng)上很多,這兒就不展開(kāi)了),IGH只支持linux,所以只能選SOME,最新版本是SOEM1.4,本次移植就基于該版本。


3、移植過(guò)程
3.1 RT-Thread 下載
本次移植基于最新發(fā)布的release4.1.0, 這個(gè)可以到github下載,最近Gitee也更新了。移植EtherCAT之前,首先把Nuvoton的BSP跑起來(lái)。這個(gè)參考官方的文檔就可以了。

3.2 Some 移植
下載soem-1.4.0,將整個(gè)目錄放在rt-thread項(xiàng)目里,下圖是我的目錄,供參考
在some-1.4.0及其子目錄中需要手工編輯SConscript腳本,這兒就不展開(kāi)了。后續(xù)我把源碼打包發(fā)上來(lái)。

Some移植主要是三個(gè)文件 osal.c,oshw.c和nicdrv.c。
osal.c 主要是微秒及的延時(shí)和定時(shí)函數(shù);
oshw.c 主要是網(wǎng)絡(luò)端和本機(jī)端數(shù)據(jù)的大小端轉(zhuǎn)換;
nicdrv.c 主要是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)。

Some已經(jīng)給出了很多操作系統(tǒng)移植,我的移植是基于rtk,這個(gè)是嵌入式系統(tǒng),和我們的開(kāi)發(fā)環(huán)境最接近。

3.2.1 osal.c 移植
主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)osal_usleep和osal_gettimeofday兩個(gè)函數(shù)。
我開(kāi)始思路是自定義一個(gè)定時(shí)器用于EtherCAT,當(dāng)時(shí)用了Timer4。等實(shí)現(xiàn)差不多了,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘用的是Timer5,很多地方功能重復(fù)。最終和系統(tǒng)共用Timer5,省了個(gè)Timer,代碼也簡(jiǎn)化了不少。下面就是改動(dòng)過(guò)的相關(guān)代碼 (請(qǐng)至評(píng)測(cè)原文網(wǎng)址),osal_timer_init這個(gè)初始化函數(shù)要在啟動(dòng)EhterCAT功能之前調(diào)用。

3.2.2 oshw.c 移植
不需做什么工作。

3.2.3 nicdrv.c 移植
主要修改就是調(diào)用自己的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收函數(shù),我把它們命名為net_send和net_recv。這兩個(gè)函數(shù)最好的實(shí)現(xiàn)是直接操作網(wǎng)卡(或者叫emac),我現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)參考了tcpdump的方法,在協(xié)議棧中加鉤子(hook)實(shí)現(xiàn),這樣對(duì)原來(lái)系統(tǒng)影響最小,網(wǎng)口除了EtherCAT,還可以當(dāng)正常的網(wǎng)口用。

ecx_setupnic函數(shù)中創(chuàng)建mutex(這個(gè)按照rt-thread格式改一下即可),安裝網(wǎng)絡(luò)鉤子
ecx_closenic函數(shù)中刪除mutex,卸載網(wǎng)絡(luò)鉤子。

3.2.4 net_hook.c 實(shí)現(xiàn)
主要實(shí)現(xiàn)EtherCAT數(shù)據(jù)幀收發(fā),中間加了個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)用于接收。具體原理就是在網(wǎng)卡加個(gè)鉤子函數(shù),有數(shù)據(jù)來(lái)的時(shí)候先經(jīng)過(guò)鉤子函數(shù),我們把EtherCAT數(shù)據(jù)幀截住,不傳給原來(lái)的lwip協(xié)議棧;如果要發(fā)送數(shù)據(jù),就直接調(diào)用發(fā)送函數(shù),繞過(guò)lwip協(xié)議棧。這樣也不影響lwip協(xié)議棧工作。

具體實(shí)現(xiàn)見(jiàn)附件。

3.2.5 some 基本功能測(cè)試
采用官方的slave_info測(cè)試代碼,測(cè)試主要分為時(shí)鐘測(cè)試和soem EtherCAT協(xié)議;竟δ軠y(cè)試。在終端中輸入 soem_test + 回車即可。
我接了一個(gè)匯川IS620N驅(qū)動(dòng)器,下面是輸出的部分內(nèi)容:
Slave:1
Name:IS620N
Output size: 96bits
Input size: 224bits
State: 4
Delay: 0[ns]
Has DC: 1
DCParentport:0
Activeports:1.0.0.0
Configured address: 1001
Man: 00100000 ID: 000c0108 Rev: 00010001
SM0 A:1000 L: 128 F:00010026 Type:1
SM1 A:1400 L: 128 F:00010022 Type:2
SM2 A:1800 L:  12 F:00010064 Type:3
SM3 A:1c00 L:  28 F:00010020 Type:4
FMMU0 Ls:00000000 Ll:  12 Lsb:0 Leb:7 Ps:1800 Psb:0 Ty:02 Act:01
FMMU1 Ls:0000000c Ll:  28 Lsb:0 Leb:7 Ps:1c00 Psb:0 Ty:01 Act:01
FMMUfunc 0:1 1:2 2:0 3:0
MBX length wr: 128 rd: 128 MBX protocols : 04
CoE details: 0d FoE details: 00 EoE details: 00 SoE details: 00
Ebus current: 0[mA]
only LRD/LWR:0



4、運(yùn)動(dòng)控制測(cè)試
基礎(chǔ)工作做好以后,我們就能真正的控制電機(jī)運(yùn)行了。在控制電機(jī)運(yùn)行之前,還需要了解CIA402相關(guān)的規(guī)范,啟動(dòng)伺服需要按照規(guī)范要求,按順序來(lái)。

程序主要流程如下,具體代碼見(jiàn)附件。

a)初始化時(shí)鐘 osal_timer_init
b)初始化網(wǎng)卡ec_init
c)等待進(jìn)入INIT態(tài)

d)初始化驅(qū)動(dòng)器(is6(is620n)ec_config_init
e)DC配置

f)申請(qǐng)并等待進(jìn)入Pre-OP態(tài)
g)配置過(guò)程數(shù)據(jù)TxPDO/RxPDO(自定義函數(shù)process_data_config)
h)配置FMMU ec_config_map

i)申請(qǐng)并等待進(jìn)入Safe-OP態(tài)

j)設(shè)置CSP模式
k)發(fā)送和接收過(guò)程數(shù)據(jù)1次,觸發(fā)SLAVE
l)申請(qǐng)并等待進(jìn)入OP態(tài)

m)進(jìn)入過(guò)程數(shù)據(jù)收發(fā)循環(huán)

在進(jìn)入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收發(fā)循環(huán)后,按次序發(fā)送控制字啟動(dòng)伺服(6040h發(fā)送6,7和15),然后就可以不斷發(fā)送新的控制位置讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)了!


5、總結(jié)
整個(gè)移植過(guò)程還是充滿了挑戰(zhàn),主要也是因?yàn)榻衲瓴砰_(kāi)始接觸EtherCAT,很多概念是邊學(xué)邊用,網(wǎng)上也參考了不少同學(xué)的帖子。很多人反應(yīng)匯川的伺服用SOEM驅(qū)動(dòng)DC同步模式總是有問(wèn)題,確實(shí)遇到了很多奇奇怪怪的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這兩個(gè)月的折騰,總算開(kāi)了個(gè)頭,基礎(chǔ)打好了。

下一步可優(yōu)化的就是現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)移植改用直接操作emac,這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)。

附件程序里還參考本站貼子移植了uffs文件系統(tǒng),編譯如果有問(wèn)題,可能還需要下載uffs、ramdisk、optparse和netutils包。

鏈接: https://pan.baidu.com/s/1uWbiUfzX1R061OJQ5LG6OQ?pwd=wdtt
提取碼: wdtt

SOEM已經(jīng)提交PR #1260,等待通過(guò)。有問(wèn)題可通過(guò)本帖留言或郵件聯(lián)系我,大家一起改進(jìn)。



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