Ethercat是高效工業(yè)以太網(wǎng)總線，基于以太網(wǎng)技術，以“飛讀飛寫”實現(xiàn)微秒級同步。連接控制器與終端設備，簡化布線，適配多節(jié)點，是高端自動化與智能制造的重要通信方案。

?前言

EtherCAT基于以太網(wǎng)技術傳輸、具高實時性的現(xiàn)場通信總線。其中，主站作為網(wǎng)絡的核心控制器，承擔著發(fā)起通信、調度數(shù)據(jù)以及管理從站的重要任務 —— 主站通過發(fā)送以太網(wǎng)幀遍歷所有從站，利用過程數(shù)據(jù)通道傳輸實時控制指令，并通過郵箱通道完成參數(shù)配置與診斷。雙主站架構可實現(xiàn)雙路控制或線路冗余，讓控制更加靈活，以 ZMC900E 運動控制器為例，便能直觀了解工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中多主站的協(xié)同控制應用。
?多主站控制應用需求

EtherCAT 是基于以太網(wǎng)的高性能工業(yè)現(xiàn)場總線，支持線型、星型、環(huán)型等拓撲結構，單個網(wǎng)絡理論最大節(jié)點數(shù)可達 65535 個。不過，隨著從站設備和通信數(shù)據(jù)增多，會出現(xiàn)傳輸延遲變大、刷新周期變長等問題，影響數(shù)據(jù)實時性，設備過多也增加了維護難度，這與 CPU 主頻達到一定程度后采用多核協(xié)同設計類似。廣州致遠電子推出的 ZMC900E 高性能智能總線控制器，專為工廠智能化打造。它采用嵌入式 ARM 方案，集成實時操作系統(tǒng)與智能算法，以 EtherCAT 協(xié)議為核心，可快速構建數(shù)控智能化設備。同時，ZMC900E 支持雙路主站協(xié)同控制，不僅能降低單路負載壓力、保證總線實時性能，還能在一路總線異常時，確保另一路正常工作，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

?多主站軟件設計

1. 主站軟件框架

ZMC900E 設備采用多核異構架構，配備 5 個 A55 主處理器與 3 個 R5 協(xié)處理器，軟件設計上運用多核協(xié)同處理方案。主處理器負責解析數(shù)據(jù)包等核心任務，協(xié)處理器專注于硬件消抖和數(shù)據(jù)包收發(fā)，核間通過共享內存實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)交互，其架構框架如下圖所示。

2. 雙主站實現(xiàn)

ZMC900E 搭載 R5 處理器實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)，兩路通信任務均采用實時線程與核隔離設計。核隔離技術將通信任務固定在獨立 CPU 內核，避免多線程調度及跨核切換產生的微秒級時間開銷，確保 EtherCAT 等工業(yè)總線數(shù)據(jù)交互的實時性。兩路主站控制可在同一進程或獨立進程中運行，用戶可按需選擇。

?多主站控制使用入門

1. 雙主站配置

ZMC900E 的 NET3 端口作為第二主站通信口，出廠時默認為普通以太網(wǎng)口，需配置為 EtherCAT 通信口。操作步驟如下：首先通過 SSH 遠程連接設備，進入后運行指令dtbupdate 2111，接著重啟設備，重啟后輸入指令ifconfig，此時將無法看到 NET3 的網(wǎng)絡配置，如下圖所示。

2. 雙主站程序

在程序中定義主站的兩個句柄 master1 和 master2，分別使用這兩個句柄對主站進行配置初始化，配置內容包括網(wǎng)卡、通信網(wǎng)絡從站描述文件 (ENI)、通信周期等。接著使用 EcatSimpleStart () 接口進行初始化，若沒有錯誤信息，就表示主站啟動成功，例程代碼如下圖所示。

?多主站控制產品選型

ZMC900E集成了商業(yè)授權的EtherCAT主站解決方案，總線周期可選為250us，500us，1ms，2ms，通過EtherCAT總線可以擴展多達64個EtherCAT數(shù)字驅動軸或多個EtherCAT I/O。同時支持RS485 IO模塊和EtherCAT IO模塊擴展，為用戶提供了多軸數(shù)、多IO點數(shù)的高性價比自動化解決方案。ZMC900E EtherCAT主站控制器是為設備制造商提供多軸數(shù)、多IO點數(shù)控制的新一代可靠智能的運動控制解決方案，可以廣泛應用于注塑行業(yè)、沖壓行業(yè)、車床行業(yè)、搬運碼垛、關節(jié)機器人、噴涂、玻璃機、壓鑄機、包裝設備、3C設備、鋰電池設備、紡織、流水線工作站、非標自動化裝備、特種機床等高端設備應用。