IgH EtherCAT總線

IgH EtherCAT是運行于Linux系統(tǒng)的開源EtherCAT主站程序，IgH EtherCAT主站通過構(gòu)建Linux字符設備， 應用程序通過對字符設備的訪問實現(xiàn)與EtherCAT主站模塊的通信。

IgH EtherCAT開發(fā)包配套EtherCAT工具，可提供各種可在Linux用戶層運行的命令，可直接實現(xiàn)對從站的訪問和設置，如設置從站地址、顯示總線配置、顯示PDO數(shù)據(jù)、讀寫SDO參數(shù)等。具體詳情可以查看IgH的官網(wǎng)進行了解。

本文基于觸覺智能RK3506星閃開發(fā)板演示Ethercat主站開發(fā)，其配套RK3506核心板（3核A7+M0多核異構(gòu)），100%全國產(chǎn)，峰值功耗低至0.65W。

EtherCAT IgH軟件環(huán)境

• EtherCAT整體介紹

EtherCAT整體分為四個部分，包含：實時Linux內(nèi)核、用戶態(tài)、驅(qū)動以及EtherCAT應用。觸覺智能RK3506開發(fā)板提供EtherCAT預編譯的bin文件：

• 實時Linux內(nèi)核

EtherCAT IgH需要保證高實時性，Preempt-RT是一種針對實時性能進行了優(yōu)化的Linux內(nèi)核。與普通的 Linux內(nèi)核相比，Preempt-RT具有以下優(yōu)勢：

1. 實時性能： Preempt-RT提供了更可靠和更精確的實時性能。它采用了一些實時調(diào)度策略和機制，使得任務能夠按照嚴格的時間要求執(zhí)行，從而適用于需要高度可預測性和低延遲的應用場景，如工業(yè)自動化、機器人控制等。

2. 硬實時能力：Preempt-RT具有硬實時能力，即能夠確保任務在規(guī)定的時間內(nèi)完成，而不會受到其 他任務或中斷的干擾。這對于需要嚴格的時間限制的應用非常重要，如航空航天、醫(yī)療設備等領(lǐng)域。

3. 任務調(diào)度：Preempt-RT使用了更加高效和優(yōu)化的任務調(diào)度算法，如基于優(yōu)先級的實時調(diào)度算法， 以確保高優(yōu)先級任務能夠及時響應并完成，而低優(yōu)先級任務不會影響到實時任務的執(zhí)行。

4. 中斷處理：Preempt-RT針對中斷處理進行了優(yōu)化，使得中斷的響應時間更短，能夠更快地響應外部事件。

5. 內(nèi)核定時器：Preempt-RT提供了更精確和可配置的內(nèi)核定時器，使得可以實現(xiàn)微秒級的定時精 度，適用于對時間要求極高的應用場景。

6. 實時擴展：Preempt-RT提供了一些實時擴展機制，使得用戶能夠方便地對內(nèi)核進行定制和擴展，以滿足特定應用的需求。

總的來說，Preempt-RT在實時性能、可靠性和精度方面比普通的Linux內(nèi)核更加優(yōu)秀，因此在對實時性能 要求較高的應用場景中被廣泛使用。瑞芯微提供配套SDK的Preempt-RT補丁。

• 用戶態(tài)

用戶態(tài)中主要是兩個文件，ethercat和libethercat.so，一個是EtherCAT IgH的調(diào)試工具，一個是EtherCAT。

IgH的動態(tài)庫，用來提供用戶層接口。用戶態(tài)部分訪問以下鏈接：

https://gitlab.com/etherlab.org/ethercat/-/tree/master?r ef_type=heads下載IgH的源代碼，編譯后會生成ethercat二進制文件，libethercat.so和一些example等等。用戶態(tài)部分也可以使用預編譯好的EtherCAT IgH二進制文件和libethercat.so，如下所示：

• 驅(qū)動

驅(qū)動部分主要是ec_master.ko和一些瑞芯微RK優(yōu)化后的ko文件。

• EtherCAT IgH應用部分

EtherCAT IgH應用部分需要根據(jù)實際使用的伺服驅(qū)動器來實現(xiàn)，該部分無法通用的， 觸覺智能提供如下測試組件：

EtherCAT IgH軟件編譯和部署

以下將根據(jù)實時Linux內(nèi)核、用戶態(tài)、驅(qū)動以及EtherCAT應用四個部分進行講解。

• 編譯內(nèi)核

步驟一：打上Preempt-RT補丁，內(nèi)核方案選擇Preempt-RT內(nèi)核方案，參考文檔打上補丁：SDK/docs/Patches/Real-Time-Performance/README.md

要特別注意的是：發(fā)布的驅(qū)動部分SDK/external/rk_ethercat_release和內(nèi)核頭文件強相關(guān)，請確認內(nèi)核的commit

要和SDK/external/rk_ethercat_release/driver/redmine中描述的一樣，再打入Preempt-RT補丁。

步聚二：修改RK3506 Linux 6.1內(nèi)核

diff --git a/arch/arm/configs/rk3506_defconfig b/arch/arm/configs/rk3506_defconfig index e6d3ba608a77..3029973ade8c 100644 --- a/arch/arm/configs/rk3506_defconfig +++ b/arch/arm/configs/rk3506_defconfig @@ -2,6 +2,7 @@ CONFIG_KERNEL_XZ=y CONFIG_DEFAULT_HOSTNAME="localhost" CONFIG_SYSVIPC=y +CONFIG_NO_HZ_FULL=y CONFIG_NO_HZ=y CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=y CONFIG_PREEMPT=y @@ -119,12 +120,13 @@ CONFIG_NETDEVICES=y # CONFIG_NET_VENDOR_SOLARFLARE is not set # CONFIG_NET_VENDOR_SMSC is not set # CONFIG_NET_VENDOR_SOCIONEXT is not set -CONFIG_STMMAC_ETH=y +CONFIG_STMMAC_ETH=m # CONFIG_DWMAC_GENERIC is not set # CONFIG_NET_VENDOR_SYNOPSYS is not set # CONFIG_NET_VENDOR_VIA is not set # CONFIG_NET_VENDOR_WIZNET is not set # CONFIG_NET_VENDOR_XILINX is not set +CONFIG_PHYLIB=y CONFIG_MOTORCOMM_PHY=y CONFIG_PPP=y # CONFIG_WLAN is not set

步驟三：編譯出實時內(nèi)核最后根據(jù)rt-linux README.md，生成實時性內(nèi)核。

• EtherCAT IgH應用部分

EtherCAT IgH應用部分需要根據(jù)具體的伺服器來編寫，需要使用上面用戶態(tài)編譯出來的EtherCAT IgH工具獲取一些伺服驅(qū)動器的配置信息，然后完成應用代碼的開發(fā)。具體可添加觸覺智能客服 微 信13423856106，獲取EtherCAT IgH應用部分開發(fā)指導。

EtherCAT IgH工具介紹

使用ethercat --help命令可以查看EtherCAT IgH工具，這些工具可以查看與主站連接的從站的各種信息， 可以有助于主站應用程序的編寫，下面介紹幾種常用的命令和參數(shù)的使用，其中[]中為必選參數(shù)， <>為 可選參數(shù)。

• 以c語言的形式輸出pdo信息（ethercat cstruct）EtherCAT IgH應用部分

/* Master 0, Slave 0 * Vendor ID: 0x00000a79 * Product code: 0x00002000 * Revision number: 0x00000001 */ ec_pdo_entry_info_t slave_0_pdo_entries[] = { {0x603f, 0x00, 16}, /* ErrorCode */ {0x6041, 0x00, 16}, /* StatusWord */ {0x6064, 0x00, 32}, /* Position actual value */ {0x60fd, 0x00, 32}, /* Digital inputs */ {0x6061, 0x00, 8}, /* Modes of operation display */ {0x6040, 0x00, 16}, /* ControlWord */ {0x6060, 0x00, 8}, /* Modes of operation */ {0x607a, 0x00, 32}, /* Target position */ {0x6081, 0x00, 32}, /* Profile velocity */ {0x6099, 0x01, 32}, /* Search Switch */ {0x6099, 0x02, 32}, /* Search Zero */ {0x6040, 0x00, 16}, {0x607a, 0x00, 32}, {0x60ff, 0x00, 32}, {0x6060, 0x00, 8}, {0x0000, 0x00, 8}, /* Gap */ {0x6041, 0x00, 16}, {0x6064, 0x00, 32}, {0x606c, 0x00, 32}, {0x6061, 0x00, 8}, {0x0000, 0x00, 8}, /* Gap */ }; ec_pdo_info_t slave_0_pdos[] = { {0x1a01, 5, slave_0_pdo_entries + 0}, /* TxPDO 2 */ {0x1601, 6, slave_0_pdo_entries + 5}, /* RxPDO 2 */ {0x1600, 5, slave_0_pdo_entries + 11}, {0x1a00, 5, slave_0_pdo_entries + 16}, }; ec_sync_info_t slave_0_syncs[] = { {0, EC_DIR_OUTPUT, 2, slave_0_pdos + 0, EC_WD_DISABLE}, {1, EC_DIR_INPUT, 0, NULL, EC_WD_DISABLE}, {2, EC_DIR_OUTPUT, 1, slave_0_pdos + 2, EC_WD_ENABLE}, {3, EC_DIR_INPUT, 1, slave_0_pdos + 3, EC_WD_DISABLE}, {0xff} }; 0 0:0 PREOP + 0x000001dd:0x10305070

• 輸出pdo信息（ethercatpdos）

SM0: PhysAddr 0x1000, DefaultSize 128, ControlRegister 0x26, Enable 1 RxPDO 0x1a01 "TxPDO 2" PDO entry 0x603f:00, 16 bit, "ErrorCode" PDO entry 0x6041:00, 16 bit, "StatusWord" PDO entry 0x6064:00, 32 bit, "Position actual value" PDO entry 0x60fd:00, 32 bit, "Digital inputs" PDO entry 0x6061:00, 8 bit, "Modes of operation display" RxPDO 0x1601 "RxPDO 2" PDO entry 0x6040:00, 16 bit, "ControlWord" PDO entry 0x6060:00, 8 bit, "Modes of operation" PDO entry 0x607a:00, 32 bit, "Target position" PDO entry 0x6081:00, 32 bit, "Profile velocity" PDO entry 0x6099:01, 32 bit, "Search Switch" PDO entry 0x6099:02, 32 bit, "Search Zero" SM1: PhysAddr 0x1100, DefaultSize 128, ControlRegister 0x22, Enable 1 SM2: PhysAddr 0x1200, DefaultSize 12, ControlRegister 0x64, Enable 1 RxPDO 0x1600 "" PDO entry 0x6040:00, 16 bit, "" PDO entry 0x607a:00, 32 bit, "" PDO entry 0x60ff:00, 32 bit, "" PDO entry 0x6060:00, 8 bit, "" PDO entry 0x0000:00, 8 bit, "Gap" SM3: PhysAddr 0x1300, DefaultSize 19, ControlRegister 0x20, Enable 1 TxPDO 0x1a00 "" PDO entry 0x6041:00, 16 bit, "" PDO entry 0x6064:00, 32 bit, "" PDO entry 0x606c:00, 32 bit, "" PDO entry 0x6061:00, 8 bit, "" PDO entry 0x0000:00, 8 bit, "Gap"

#設置別名地址(下面的例子代表設置位置0的別名修改為1) ethercat alias -p 0 0 #設置別名地址(下面的例子代表別名0的別名修改為1) ethercat alias -a 0 1

Ethercat IgH主站性能測試結(jié)論

觸覺智能RK3506開發(fā)板1ms控制周期內(nèi)，性能數(shù)據(jù)如下：

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