瑞薩電子的 R-IN32M3 模塊終于為 EtherCAT 做好了準(zhǔn)備。在硬件完好無(wú)損的情況下，只需更新固件即可支持三種主要協(xié)議：EtherCAT，在現(xiàn)有 PROFINET 和 EtherNet/IPTM 之上。

在這里，我將介紹使用此 R-IN32M3 模塊的 EtherCAT 兼容產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

什么是 EtherCAT?？

EtherCAT? 是由德國(guó)倍福自動(dòng)化開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，由 EtherCAT 技術(shù)集團(tuán) （ETG） 管理和運(yùn)營(yíng)。

EtherCAT 的物理包格式與 IEEE802.3 中規(guī)定的以太網(wǎng)幀相同，但幀中具有原始數(shù)據(jù)格式。最大的特點(diǎn)是采用“On-the-Fly”方式進(jìn)行高速、高效的通信。

從主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)依次傳輸?shù)酵ㄟ^(guò)以太網(wǎng)電纜連接的每個(gè)從設(shè)備，然后折疊回主設(shè)備（圖 1）。在這個(gè)周期中，每個(gè)從機(jī)直接讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)的適當(dāng)部分。

為了實(shí)現(xiàn)這種獨(dú)特的通信方式，EtherCAT 從設(shè)備需要專(zhuān)用的硬件，但 R-IN32M3 模塊可以通過(guò)集成 EtherCAT 從控制器 （ESC） 和專(zhuān)用協(xié)議棧的 R-IN32M3-EC 輕松實(shí)現(xiàn) EtherCAT 從設(shè)備。

圖 1 EtherCAT 通訊

什么是“R-IN32M3 模塊”？

瑞薩已經(jīng)發(fā)布了多種工業(yè)以太網(wǎng)兼容的 LSI，但有時(shí)我們會(huì)聽(tīng)到客戶(hù)的聲音，即使用 LSI 制作的小批量項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)周期和成本不匹配。R-IN32M3 模塊是一款可以響應(yīng)此類(lèi)聲音的產(chǎn)品。通過(guò)SPI通信連接主機(jī)MCU，可以快速開(kāi)發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備。

顯著特點(diǎn)：

一體式緊湊型硬件

內(nèi)置三大工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境

通過(guò)在現(xiàn)有 EtherNet/IP 和 PROFINET 之上增加 EtherCAT 支持，R-IN32M3 模塊可以通過(guò)這三種協(xié)議支持近 75% 的工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)需求。通過(guò)更新到從瑞薩網(wǎng)站下載的最新固件，它可以在不改變硬件的情況下支持 EtherCAT。

以 EtherCAT 為例，大部分協(xié)議處理是由專(zhuān)用硬件完成的，因此可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成通信操作，但通過(guò)認(rèn)證測(cè)試仍需要大約 6 個(gè)月到 1 年的時(shí)間。R-IN32M3模塊也可以縮短到2-6個(gè)月左右。

圖 3 顯示了開(kāi)發(fā)通用工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備和使用 R-IN32M3 模塊的成本（持續(xù)時(shí)間或費(fèi)用）的粗略圖。

圖 3 開(kāi)發(fā)流程

讓我們看一下下面的每個(gè)開(kāi)發(fā)步驟。

硬件設(shè)計(jì)

首先是板卡開(kāi)發(fā)。R-IN32M3 模塊包括 EtherCAT 所需的所有部件，例如帶有外圍電路的雙端口 RJ-45 連接器、EtherCAT 從控制器 （ESC） 和 EtherCAT 所需的 EEPROM。該板只需連接一個(gè)用于串行通信 （SPI） 的 9 針接頭與主機(jī) MCU，并為 EtherCAT 添加 LED 和 ID 選擇開(kāi)關(guān)電路。

該模塊的設(shè)計(jì)考慮了以太網(wǎng)一致性測(cè)試和各種可靠性測(cè)試，可顯著降低開(kāi)發(fā)成本

圖 4 框圖

協(xié)議棧

的實(shí)現(xiàn) 最大的特點(diǎn)之一是所有協(xié)議棧都包含在模塊的固件中，這帶來(lái)了顯著的成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗恍枰獜膮f(xié)議供應(yīng)商處購(gòu)買(mǎi)。

此外，R-IN32M3 模塊的固件將隨著協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)大約每年一次的更新免費(fèi)更新。能夠降低 TCO（總擁有成本）也是一大優(yōu)勢(shì)，包括由于協(xié)議更新導(dǎo)致的維護(hù)成本。

應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

對(duì)于主機(jī) MCU 固件開(kāi)發(fā)，請(qǐng)根據(jù)硬件規(guī)格移植瑞薩電子提供的示例軟件。圖 5 顯示了主機(jī) MCU 示例軟件的總體流程，它具有簡(jiǎn)單的軟件結(jié)構(gòu)，可以在 appl_loop（） 中實(shí)現(xiàn)用戶(hù)應(yīng)用程序。

圖 5 示例軟件流程

協(xié)議認(rèn)證

為了不僅推出 EtherCAT，而且推出兼容各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的產(chǎn)品，您的產(chǎn)品必須通過(guò)協(xié)議協(xié)會(huì)的認(rèn)證。這需要一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，但是 R-IN32M3 模塊已經(jīng)獲得了 ETG 認(rèn)證，并結(jié)合了 R-IN32M3-Module-Solution-Kit 和 SK-S7G2 Starter Kit 的配置。通過(guò)使用 ETG 提供的一致性測(cè)試工具 （CTT） 預(yù)先檢查，它會(huì)毫無(wú)問(wèn)題地通過(guò)。

結(jié)論

描述了使用 R-IN32M3 模塊開(kāi)發(fā) EtherCAT 從設(shè)備。支持PROFINET和EtherNet/IP等多種協(xié)議也是R-IN32M3模塊的一大特色。換句話(huà)說(shuō)，完全不改變硬件就可以創(chuàng)建對(duì)應(yīng)多種協(xié)議的產(chǎn)品。