在工業(yè)自動化領(lǐng)域，運(yùn)動控制系統(tǒng)往往面臨兩大痛點(diǎn)：實(shí)時性要求極高，同時又需要直觀的人機(jī)交互界面。傳統(tǒng)方案要么犧牲實(shí)時性換取界面體驗(yàn)，要么用昂貴的專用 HMI 設(shè)備來彌補(bǔ)。

今天分享一個基于睿擎派 RC3506的完整方案——用LVGL 圖形界面 + EtherCAT 總線，在一塊開發(fā)板上同時搞定可視化操控和微秒級實(shí)時控制。（文末附完整工程源碼及使用指南掃碼領(lǐng)?。?/span>

效果先看

觸摸屏上拖動滑塊 → 伺服電機(jī)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)到指定位置；點(diǎn)擊 Run/Stop 按鈕 → 電機(jī)啟停；切換 Direct/Reverse → 方向立即響應(yīng)。屏幕上的位置表盤實(shí)時顯示期望位置和當(dāng)前位置，一目了然。

7寸觸控屏上的 LVGL 控制界面：位置表盤 + 滑塊 + 運(yùn)行控制按鈕

與此同時，EtherCAT 總線上掛載的遠(yuǎn)程 IO 模塊同步輸出流水燈效果，展示多從站并行控制能力。

為什么選 EtherCAT？

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是目前工業(yè)現(xiàn)場總線中實(shí)時性最強(qiáng)的協(xié)議之一：

●通信周期最低 1ms，支持分布式時鐘（DC）同步，精度達(dá)微秒級

●"飛速處理"機(jī)制：數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過從站時直接被讀寫，無需等待，延遲極低

●菊花鏈拓?fù)洌阂桓W(wǎng)線串聯(lián)多個從站，布線簡單，最多支持 65535 個節(jié)點(diǎn)

●使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)硬件，無需專用芯片，成本可控

睿擎派 RC3506 內(nèi)置 EtherCAT 主站協(xié)議棧，配合 RT-Thread 實(shí)時操作系統(tǒng)，可以穩(wěn)定跑出1ms 控制周期。

硬件準(zhǔn)備

連接方式：

睿擎派 ETH0 ──網(wǎng)線──> 伺服驅(qū)動器 IN 口

伺服驅(qū)動器 OUT 口 ──網(wǎng)線──> 遠(yuǎn)程 IO IN 口

睿擎派 MIPI 接口 ──排線──> 7 寸觸控屏

EtherCAT 主從站硬件連接示意：睿擎派 → 伺服驅(qū)動器 → 遠(yuǎn)程 IO

軟件架構(gòu)

整個示例的軟件結(jié)構(gòu)非常清晰，main 函數(shù)只做兩件事：

intmain(void)
{
lvgl_thread_init();// 啟動 LVGL 圖形線程
ethercat_domain_init();// 啟動 EtherCAT 控制線程
return0;
}

兩個線程并行運(yùn)行，互不干擾：

●LVGL 線程：負(fù)責(zé)渲染界面、響應(yīng)觸摸事件，將用戶操作寫入共享變量

●EtherCAT 線程：以 1ms 為周期讀取共享變量，通過 PDO 下發(fā)目標(biāo)位置給伺服驅(qū)動器

EtherCAT 主站初始化流程

EtherCAT 的狀態(tài)機(jī)切換是標(biāo)準(zhǔn)流程，睿擎平臺封裝得很簡潔：

// 1. 初始化主站服務(wù)

ecat_service_init();

// 2. 自動掃描總線拓?fù)洌l(fā)現(xiàn)所有從站
ecat_master_init(&csp_master);

// 2. 自動掃描總線拓?fù)?，發(fā)現(xiàn)所有從站
slave_counts=ecat_slavecount(&csp_master);;

// 3. 配置分布式時鐘（DC）同步
slave_cia402_config.dc_assign_activate=0x300;
slave_cia402_config.dc_sync[0].cycle_time=csp_master.main_cycletime_us*1000;
slave_cia402_config.dc_sync[0].shift_time=500000;
slave_cia402_config.dc_sync[1].cycle_time=0;
slave_cia402_config.dc_sync[1].shift_time=0;

// 4. 配置 PDO 映射（目標(biāo)位置、控制字、狀態(tài)字等）
slave_cia402_config.sync=slave_syncs;
slave_cia402_config.sync_count=sizeof(slave_syncs)/sizeof(ec_sync_info_t);
ecat_slave_config(&csp_master,0,&slave_cia402_config);

// 5. 啟動主站自動完成狀態(tài)機(jī)切換：INIT → PRE-OP → SAFE-OP → OPERATIONAL
ecat_master_start(&csp_master);
state=EC_STATE_OPERATIONAL;
ecat_check_state(&csp_master,0,&state,20000000*3);

進(jìn)入 OPERATIONAL 狀態(tài)后，主站開始周期性收發(fā)過程數(shù)據(jù)（PDO），電機(jī)控制正式開始。

CSP 模式：周期同步位置控制

本示例使用CSP（Cyclic Synchronous Position）模式，這是伺服控制中最常用的模式之一：

主站每個控制周期向伺服驅(qū)動器發(fā)送目標(biāo)位置，驅(qū)動器內(nèi)部完成位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的閉環(huán)控制。主站只需關(guān)心"去哪里"，不需要關(guān)心"怎么去"。

核心控制循環(huán)如下：

while(1)
{
servo_switch_op(rmap,tmap);// 進(jìn)行伺服狀態(tài)機(jī)切換

if(rmap->control_word==7)
{
rmap->mode_byte=0x8;
rmap->dest_pos=tmap->cur_pos;// 同步當(dāng)前位置
}
if(rmap->control_word==0xf)
{
if(motor_target_pos_last!=motor_target_pos)
{
/* 獲取當(dāng)前位置 */
motor_current_pos=PULSE_TO_ANGLE(tmap->cur_pos);

if(abs(motor_current_pos-motor_target_pos)<=0)
{
rmap->dest_pos=tmap->cur_pos;
if(abs(tmap->cur_pos-rmap->dest_pos)<=10)
{
/* 微調(diào)目標(biāo)位置 */
motor_target_pos_last=motor_target_pos;
}
gotostop;
}
if(servo_dir)
{
rmap->dest_pos-=motor_step;// 根據(jù)方向步進(jìn)目標(biāo)位置
}
else
{
rmap->dest_pos+=motor_step;// 根據(jù)方向步進(jìn)目標(biāo)位
}
}
}
stop:
rt_thread_delay(5);
}

servo_run、motor_target_pos、servo_dir 這些變量由 LVGL 界面線程寫入，EtherCAT 線程讀取，實(shí)現(xiàn)了界面與控制的解耦。

PDO 映射：主站與從站的數(shù)據(jù)約定

PDO（Process Data Object）定義了每個控制周期主站和從站交換哪些數(shù)據(jù)：

主站 → 從站（RPDO，輸出）：

從站 → 主站（TPDO，輸入）：

實(shí)際位置 0x6064 會實(shí)時回傳給 LVGL 界面，驅(qū)動表盤指針更新，讓操作者直觀看到電機(jī)當(dāng)前位置。

多從站擴(kuò)展：雙電機(jī) + IO 并行控制

睿擎平臺同樣支持一拖多的 EtherCAT 拓?fù)?，只需在初始化時掃描從站數(shù)量，循環(huán)處理每個從站的 PDO 即可：

雙電機(jī) + 遠(yuǎn)程 IO 模塊菊花鏈連接拓?fù)?/span>

slave_counts=ecat_slavecount(&csp_master);

while(1){
for(size_tslave=0;slave<slave_counts;slave++)
{
rmap=(structrpdo_csp*)(info[slave].outputs);
tmap=(structtpdo_csp*)(info[slave].inputs);

if(info[slave].vendor_id!=0xee000002)
{// 伺服電機(jī)控制
servo_switch_op(rmap,tmap);
if(rmap->control_word==7)
{
rmap->dest_pos=tmap->cur_pos;
rmap->mode_byte=0x8;
}
elseif(rmap->control_word==0xf)
{
rmap->dest_pos=tmap->cur_pos;
if(servo_dir==0)
{
rmap->dest_pos-=10000;
}
else
{
rmap->dest_pos+=10000;
}
}
}
else
{// 流水燈控制
if(rt_tick_get()-last_ms>RT_TICK_PER_SECOND/4)
{
staticuint8_tindex=0;
uint16_t*out=(uint16_t*)rmap;
last_ms=rt_tick_get();
*out=(0x01<<index);
index++;
if(index>=16)
index=0;
}
}
}
stop:
rt_thread_mdelay(5);
}

電機(jī)控制和 IO 控制在同一個 1ms 周期內(nèi)完成，完全同步。

快速上手

第一步：

在RuiChing Studio中選擇 05_gui_lvgl_ethercat_motor_control_7in_1024_600 示例工程

睿擎派 RC3506 開發(fā)板 + EtherCAT 伺服驅(qū)動器實(shí)物連接

第二步：按硬件連接圖接好網(wǎng)線和顯示屏，上電

第三步：編譯下載，啟動調(diào)試，顯示屏自動亮起控制界面

第四步：拖動滑塊設(shè)置目標(biāo)位置，點(diǎn)擊Run/Stop啟動電機(jī)

整個過程無需手寫一行 EtherCAT 協(xié)議代碼，睿擎平臺已封裝好所有底層細(xì)節(jié)。

適用場景

●多軸運(yùn)動控制：CNC 機(jī)床、機(jī)械臂、自動化產(chǎn)線

●工業(yè) HMI：替代傳統(tǒng)觸摸屏 PLC，降低系統(tǒng)成本

●教學(xué)與原型驗(yàn)證：快速驗(yàn)證 EtherCAT 控制方案可行性

●設(shè)備狀態(tài)可視化：實(shí)時顯示電機(jī)位置、速度、轉(zhuǎn)矩等運(yùn)行參數(shù)

總結(jié)

這個示例展示了睿擎派 RC3506 在工業(yè)控制場景的完整能力：

RT-Thread 實(shí)時內(nèi)核保障 1ms EtherCAT 控制周期

LVGL 圖形框架提供流暢的觸控操作界面

EtherCAT 主站協(xié)議棧支持 CSP/CSV/CST 多種控制模式

多從站并行控制，電機(jī) + IO 同步運(yùn)行

RuiChing Studio 一鍵創(chuàng)建工程，開箱即用

如果你正在尋找一個既能跑實(shí)時控制、又能做可視化界面的嵌入式平臺，睿擎派值得一試。

示例工程：

通過 RuiChing Studio 搜索 05_gui_lvgl_ethercat_motor_control_7in_1024_600 即可獲取

開發(fā)文檔：https://www.rt-thread.com/ruiching/document/site/

技術(shù)交流：歡迎在評論區(qū)留言，或加入睿擎開發(fā)者社區(qū)

完整資料包領(lǐng)取

想親手跑通這個 LVGL + EtherCAT 電機(jī)控制示例？我們整理了完整資料包，助你快速復(fù)現(xiàn)：

示例完整工程源碼（RuiChing Studio 可直接導(dǎo)入）

LVGL 界面源碼 + 觸控驅(qū)動配置說明

EtherCAT 主站使用指南

伺服驅(qū)動器 ESI 文件及配置指南