前 言

創(chuàng)龍科技研發(fā)的 TL3588-EVM 評估板可基于 IgH EtherCAT 實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制。為助力開發(fā)者掌握相關(guān)開發(fā)要點(diǎn)，本文先介紹 IgH EtherCAT，再詳述案例測試（多模式多狀態(tài)電機(jī)控制與抖動統(tǒng)計(jì)）、編譯流程及核心代碼，覆蓋環(huán)境配置、驅(qū)動加載與程序運(yùn)行，幫助開發(fā)者高效完成評估板 IgH EtherCAT 主站開發(fā)與電機(jī)控制功能實(shí)現(xiàn)。

本文檔適用開發(fā)環(huán)境：

Windows開發(fā)環(huán)境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

開發(fā)環(huán)境：VMware16.2.5、Ubuntu20.04.6 64bit

U-Boot：U-Boot-2017.09

Kernel：Linux-RT-5.10.160

LinuxSDK：LinuxSDK-[版本號]（基于rk3588_linux_release_v1.2.1_20230720）

IgHEtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723

伺服驅(qū)動器：臺達(dá)ASD-A2-0121-E

伺服電機(jī)：臺達(dá)ECMA-C10401GS

我司默認(rèn)使用的是Linux內(nèi)核，同時提供了Linux-RT內(nèi)核boot-rt.img位于產(chǎn)品資料“4-軟件資料DebianKernelimagelinux-5.10.160-[版本號]-[Git系列號]”目錄下，版本號、Git序列號以實(shí)際情況為準(zhǔn)。請按照如下方法替換為Linux-RT內(nèi)核。

請將boot-rt.img鏡像拷貝至評估板文件系統(tǒng)任意目錄下。執(zhí)行如下命令，替換內(nèi)核鏡像至系統(tǒng)啟動卡，評估板重啟生效。

備注：如需固化至eMMC，請將設(shè)備節(jié)點(diǎn)修改為"/dev/mmcblk0p3"。

Target# dd if=boot-rt.img of=/dev/mmcblk1p3

Target# sync

Target# reboot

圖 1

圖 2?Linux-RT內(nèi)核

我司提供的IgH EtherCAT主站開發(fā)案例igh_ethercat_dc_motor位于產(chǎn)品資料“4-軟件資料Demo”目錄下，主要包含src、bin和igh_ethercat等文件夾，具體說明如下。

表 1

IgHEtherCAT簡介

IgH EtherCAT為運(yùn)行于Linux系統(tǒng)的免費(fèi)開源EtherCAT主站程序，框架如下所示。

圖 3

IgHEtherCAT主站通過構(gòu)建Linux字符設(shè)備，應(yīng)用程序通過對字符設(shè)備的訪問實(shí)現(xiàn)與EtherCAT主站模塊的通信。

IgH EtherCAT開發(fā)包提供EtherCAT工具，該工具提供各種可在Linux用戶層運(yùn)行的命令，可直接實(shí)現(xiàn)對從站的訪問和設(shè)置，如設(shè)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。

IgH EtherCAT官網(wǎng)：https://www.etherlab.org/en/ethercat。

案例說明

案例功能：EtherCAT通訊周期時間為1ms，控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并通過串口循環(huán)打印EtherCAT通訊周期時間的最大值和最小值。

（1）正轉(zhuǎn)：伺服電機(jī)目標(biāo)速度從0加速到10000，當(dāng)達(dá)到10000速度后，控制伺服電機(jī)減速至0，循環(huán)運(yùn)行。

（2）反轉(zhuǎn)：伺服電機(jī)目標(biāo)速度從0加速到-10000，當(dāng)達(dá)到-10000速度后，控制伺服電機(jī)減速至0，循環(huán)運(yùn)行。

圖 4

案例測試

在本案例測試過程中，程序均在隔離CPU環(huán)境下運(yùn)行，并分別采用SCHED_FIFO和SCHED_DEADLINE兩種進(jìn)程調(diào)度策略，在空載狀態(tài)、滿負(fù)荷狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行12小時。

請按下圖所示使用網(wǎng)線連接評估板ETH1網(wǎng)口和伺服驅(qū)動器A的IN網(wǎng)口，將伺服驅(qū)動器A的OUT網(wǎng)口使用網(wǎng)線連接至伺服驅(qū)動器B的IN網(wǎng)口。

圖 5

圖 6

本次測試以隔離CPU4核心為例進(jìn)行演示，評估板上電前長按"Ctrl + C"進(jìn)入U-Boot命令行模式，修改環(huán)境變量，隔離CPU4核心，保存環(huán)境變量后重啟評估板。

U-Boot# setenvbootargs"storagemedia=emmc androidboot.storagemedia=emmc androidboot.mode=normalisolcpus=4"

U-Boot# saveenv

U-Boot# reset

圖 7

進(jìn)入評估板文件系統(tǒng)，執(zhí)行如下命令，確認(rèn)已正確隔離CPU。

Target# cat /proc/cmdline

圖 8

為便于測試，我司提供經(jīng)驗(yàn)證的IgHEtherCAT主站程序?yàn)榘咐?igh_ethercatimages"目錄下的ethercat-stable-[版本號]-[Git序列號].tar.gz壓縮包，將其拷貝至評估板文件系統(tǒng)任意目錄下。版本號、Git序列號請以實(shí)際情況為準(zhǔn)。將案例bin目錄下的igh_ethercat_dc_motor可執(zhí)行文件拷貝至評估板文件系統(tǒng)。

執(zhí)行如下命令，解壓IgHEtherCAT主站程序壓縮包，得到_install文件夾。

Target# tar -xvf ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz

圖 9

執(zhí)行如下命令，并查詢評估板網(wǎng)卡物理地址。

Target# ifconfig

圖 10

執(zhí)行如下命令，加載驅(qū)動模塊，命令中"0e:e2:85:a1:c8:fd"為評估板網(wǎng)卡物理地址，請根據(jù)實(shí)際情況修改。

Target# insmod-f /root/_install/modules/ec_master.ko main_devices=0e:e2:85:a1:c8:fd

圖 11

執(zhí)行如下命令，拷貝EtherCAT主站相關(guān)文件至評估板文件系統(tǒng)。

Target# mkdir /etc/sysconfig

Target# cp _install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfig

Target# mkdir -p /lib/modules/$(uname -r)

Target# cp _install/modules/ec_master.ko /lib/modules/$(uname -r)

Target# depmod -a

備注：此處的警告信息不影響測試結(jié)果，忽略即可。

圖 12

執(zhí)行如下命令，啟動EtherCAT主站。

Target# /root/_install/etc/init.d/ethercat start

圖 13

執(zhí)行如下命令，加載ec_generic.ko驅(qū)動文件。

Target# insmod -f _install/modules/ec_generic.ko

圖 14

執(zhí)行如下命令，添加IgH動態(tài)鏈接庫路徑。

Target# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/root/_install/lib

Target# sync

圖 15

執(zhí)行如下命令，修改內(nèi)核信息打印級別。

Target# echo 1 4 1 7 > /proc/sys/kernel/printk

圖 16

執(zhí)行如下命令，可查看igh_ethercat_dc_motor程序相關(guān)參數(shù)信息。

Target# ./igh_ethercat_dc_motor --help

圖 17

參數(shù)解釋

（1）-d：指定電機(jī)轉(zhuǎn)向，0：正轉(zhuǎn)，1：反轉(zhuǎn)；

（2）-v：打印程序版本信息；

（3）-s：選擇進(jìn)程調(diào)度策略模式。程序執(zhí)行時未使用-s參數(shù)或-s參數(shù)值為0，進(jìn)程調(diào)度策略默認(rèn)為SCHED_FIFO；若使用-s參數(shù)且參數(shù)值為1，進(jìn)程調(diào)度策略為SCHED_DEADLINE，后面未添加參數(shù)值[xxx xxx xxx]則使用默認(rèn)參數(shù)值，其中sched-runtime值表示運(yùn)行時間、sched-deadline值表示相對的期限、sched-period值表示周期，單位均為ns；

（4）-help：查看程序運(yùn)行參數(shù)。

電機(jī)正轉(zhuǎn)

SCHED_FIFO模式（空載狀態(tài)）

該測試狀態(tài)為程序運(yùn)行在隔離CPU，程序進(jìn)程調(diào)度策略設(shè)置為SCHED_FIFO，進(jìn)程優(yōu)先級設(shè)置為最高，空載狀態(tài)測試12個小時。

執(zhí)行以下命令，控制兩臺伺服電機(jī)同時正轉(zhuǎn)。

Target# taskset -c 4 ./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 0 > log.txt &

圖 18

打印信息"2554"為進(jìn)程號，請根據(jù)實(shí)際進(jìn)程號，執(zhí)行如下命令，確認(rèn)進(jìn)程調(diào)度策略。

Target# chrt -p 2554

圖 19

如需停止運(yùn)行后臺程序，請執(zhí)行如下命令。

Target# kill -9 2554

圖 20

SCHED_FIFO模式（滿負(fù)荷狀態(tài)）

該測試狀態(tài)為程序運(yùn)行在隔離CPU，程序進(jìn)程調(diào)度策略設(shè)置為SCHED_FIFO，進(jìn)程優(yōu)先級設(shè)置為最高，滿負(fù)荷狀態(tài)壓力測試12個小時。

執(zhí)行以下命令，控制兩臺伺服電機(jī)同時正轉(zhuǎn)。

Target# stress --cpu 8--io 8--vm 8-t 43200 &

Target# taskset -c 4./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 0> log.txt &

圖 21

打印信息"2785"為進(jìn)程號，請根據(jù)實(shí)際進(jìn)程號，執(zhí)行如下命令，確認(rèn)進(jìn)程調(diào)度策略。

Target# chrt -p 2785

圖 22

如需停止運(yùn)行后臺程序，請執(zhí)行如下命令。

Target# kill -9 2785

圖 23

SCHED_DEADLINE模式（空載狀態(tài)）

該測試狀態(tài)為程序運(yùn)行在隔離CPU，程序進(jìn)程調(diào)度策略設(shè)置為SCHED_DEADLINE、進(jìn)程優(yōu)先級設(shè)置為最高，空載狀態(tài)測試12個小時。

執(zhí)行如下命令，控制兩臺伺服電機(jī)同時正轉(zhuǎn)。

Target# taskset -c 4./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 1> log.txt &

圖 24

打印信息"2874"為進(jìn)程號，請根據(jù)實(shí)際進(jìn)程號，執(zhí)行如下命令，確認(rèn)進(jìn)程調(diào)度策略。

Target# chrt -p 2874

圖 25

如需停止運(yùn)行后臺程序，請執(zhí)行如下命令。

Target# kill -9 2874

圖 26

SCHED_DEADLINE模式（滿負(fù)荷狀態(tài)）

該測試狀態(tài)為程序運(yùn)行在隔離CPU，進(jìn)程調(diào)度策略設(shè)置為SCHED_DEADLINE，優(yōu)先級設(shè)置為最高，滿負(fù)荷狀態(tài)壓力測試12個小時。

執(zhí)行以下命令，控制兩臺伺服電機(jī)同時正轉(zhuǎn)。

Target# stress --cpu 8--io 8--vm 8-t 43200 &

Target# taskset -c 4./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 1> log.txt &

圖 27

打印信息"2985"為進(jìn)程號，請根據(jù)實(shí)際進(jìn)程號，執(zhí)行如下命令，確認(rèn)進(jìn)程調(diào)度策略。

Target# chrt -p 2985

圖 28

如需停止運(yùn)行后臺程序，執(zhí)行如下命令。

Target# kill -9 2985

圖 29

統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

程序運(yùn)行輸出的打印信息保存到了log.txt，停止后臺運(yùn)行程序后，執(zhí)行如下命令查看log.txt部分內(nèi)容。

Target# head -n100 log.txt

圖 30

參數(shù)解釋：

（1）latency：等待喚醒時間(ns)；

（2）period：EtherCAT通訊周期時間(ns)；

（3）exec：接收和發(fā)送EtherCAT數(shù)據(jù)時間(ns)。

案例設(shè)置period為1ms，通過分析log.txt得到12小時的period最小值和period最大值（period單位：納秒），通過分析計(jì)算period得到12個小時的period抖動值（period最大值 - period最小值），從period抖動值中分析、計(jì)算得到period最大抖動值、period平均抖動值。

對log.txt文件內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，得到如下結(jié)果。

表 2

備注：從表中數(shù)據(jù)可知，SCHED_DEADLINE模式在空載、滿負(fù)荷狀態(tài)都比SCHED_FIFO模式抖動值小，建議使用SCHED_DEADLINE模式。

電機(jī)反轉(zhuǎn)

請參考上述“電機(jī)正轉(zhuǎn)”測試方法，將運(yùn)行igh_ethercat_dc_motor可執(zhí)行程序命令中的"-d 0"參數(shù)修改為"-d 1"。

?審核編輯 黃宇