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基于TI Sitara处理器的EtherCAT主站开发案例

2021/7/21 15:08:35 浏览:

本文主要基于TI Sitara处理器 AM3352/54/58/59芯片的工业板卡,给大家分享如何在德国Acontis公司EtherCAT主站协议栈控制伺服电机的具体方法。

 

其中试用到的案例板卡为Tronlong创龙科技的TL335x-EVM-S评估板。创龙TL335x-EVM是一款基于TI Sitara系列AM3352/AM3354/AM3358/AM3359 ARM Cortex-A8高性能低功耗处理器设计的评估板,由核心板和底板组成。

评估板正面图

核心板经过专业的PCB Layout和高低温测试验证,稳定可靠,可满足各种工业应用环境。评估板接口资源丰富,引出双路千兆网口、HDMI、GPMC、CAN等接口,方便用户快速进行产品方案评估与技术预研。

本文适用开发环境:

Windows开发环境:Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Kernel:Linux-RT-4.9.65

Acontis EtherCAT主站协议栈开发包:EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar.zip

Acontis EtherCAT网络信息配置工具:EC-Engineer

伺服驱动器:SANYO RS2A03A0KA4W00

伺服电机:SANYO R2AA08075FXH00W

1 EC-Master、EC-Engineer简介

图 1 EtherCAT系统架构

EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个开放架构,以以太网为基础的现场总线系统,其名称的CAT为控制自动化技术(Control Automation Technology)字首的缩写。EtherCAT是确定性的工业以太网。自动化对通讯一般会要求较短的资料更新时间(或称为周期时间)、资料同步时的通讯抖动量低,而且硬件的成本要低,EtherCAT开发的目的就是让以太网可以运用在自动化应用中。

德国Acontis公司是EtherCAT技术协会资深会员,Acontis围绕EtherCAT协议开发的EtherCAT主站协议栈EC-Master、EtherCAT网络信息配置工具EC-Engineer和Windows操作系统实时扩展核EC-Win等产品已经在众多国际知名机器人(如KUKA)及自动化公司的产品中得到多方验证,其产品的可靠性和性能得到业界公认和推崇。

如下为EC-Master和EC-Engineer简介。如需了解更多介绍信息,可访问Acontis中国总代理北京盟通科技有限公司官网:www.motrotech.com,或查看Acontis EtherCAT主站协议栈开发包中的Doc目录下的EC-Master_ClassB.pdf文件。

1.1 EC-Master简介

Acontis EtherCAT主站协议栈EC-Master包含:

(1) EtherCAT-Master-Core:EtherCAT主站的主要功能都在Core层中实现。所有协议的处理也都在这里执行,例如过程数据传输和邮箱协议(CoE,EoE,FoE,SoE,AoE)。

(2) EtherCAT-Link-Layer:主从站的数据交换,将零拷贝(Zero Copy)和轮询(Polling)技术与Core层配合使用,实现最好的实时性性能和最大限度减少CPU负载。

(3) OS层:操作系统的调用被封装在OS层。为了能够实现最好的性能,绝大多数功能使用简单的C语言宏编写。

图 2 EC-Master框架

1.2 EC-Engineer简介

EtherCAT网络信息配置工具EC-Engineer是由Acontis开发的一个功能强大用于EtherCAT网络配置和诊断的软件工具,可帮助用户快速而舒适地处理工程和诊断任务。清晰且直观的用户界面确保了用户在EtherCAT网络诊断和配置方面获得流畅的体验。

图 3

图 4

1 EtherCAT主站开发案例测试

请通过网线将伺服驱动器CN0 EtherCAT(IN)网口连接到评估板RGMII1 ETH千兆网口(ETH0)。如果需要使用RGMII2 ETH网口(ETH1)来控制电机,请通过网线将伺服驱动器CN0 EtherCAT(IN)网口连接到评估板RGMII2 ETH千兆网口。并连接好伺服电机,硬件连接如下所示。

图 5

将产品资料“4-软件资料\Demo\tl_EcMasterDemoDCmotor\bin\”目录下的eni_SANYO_motor.xml、tl_EcMasterDemoDcMotor和“4-软件资料\Demo\tl_EcMasterDemoDCmotor\lib\”目录下的libemllCPSW.so文件拷贝到评估板文件系统同一个目录下。

伺服驱动器上电启动运行。评估板上电启动进入文件系统执行如下命令卸载ti_cpsw千兆网口驱动。执行ifconfig命令可查看到千兆网口对应的eth0、eth1网卡已被卸载。

Target# rmmod ti_cpsw

图 6

执行如下命令加载EtherCAT主站网口驱动,可通过lsmod命令查看驱动是否加载成功。

Target# modprobe atemsys

图 7

在可执行程序tl_EcMasterDemoDcMotor文件所在路径下,执行如下命令查看可执行程序的使用说明和参数解析。

Target# ./tl_EcMasterDemoDcMotor --help

图 8

CPU频率调节模式默认配置为ondemand(初始频率为300MHz),此时系统会定期检查负载,根据负载来调节频率。由于EtherCAT对CPU频率要求较高,因此需执行如下命令将CPU频率调节模式配置为performance,此时系统会将CPU频率固定为800MHz。

Target# echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_governor

Target# cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/cpuinfo_cur_freq

图 9

执行如下命令,通过EtherCAT主站协议栈控制伺服电机进行正反转动作,设置主站通讯周期为1000us,串口终端打印如下相关信息。

Target# ./tl_EcMasterDemoDcMotor -f eni_SANYO_motor.xml -auxclk 1000 -v 2 -t 30000 -perf -cpsw 1 1 1 m custom am33XX 0 1 0

参数说明:

-f eni_SANYO_motor.xml //加载网络配置eni.xml文件

-auxclk 1000 //cycle time,即主站通讯周期为1000us

-v 2 //信息打印级别为2

-t 30000 //持续时间

-perf //打印性能参数

-cpsw 1 1 1 m custom am33XX 0 1 0 //网口类型为TI的CPSW,“1 1 1”表示port1,Polling模式,high priority,“m”表示Master。

如需使用RGMII ETH2网口来控制电机,需要执行如下命令。

Target# ./tl_EcMasterDemoDcMotor -f eni_SANYO_motor.xml -auxclk 1000 -v 2 -t 30000 -perf -cpsw 2 1 1 m custom am33XX 1 1 0

图 10

图 11

由上图得知,主站通讯周期平均值约为997.8us,最大值为1054.2us。主站的通讯周期最大抖动值为1054.2us-1000us=54.2us。

tl_EcMasterDemoDcMotor程序会自动检测与加载EtherCAT主站协议栈license。如无license,程序运行60min后将自动停止,提示信息如下图所示。

图 12

若已购买license,在tl_EcMasterDemoDcMotor文件同一目录下创建license文件,并将license密匙添加到此文本文件中。

备注:以下提供基于我司TL570x-EVM评估板添加license的测试截图作为参考。

图 13

重新运行tl_EcMasterDemoDcMotor程序,若成功读取有效license,程序将可长时间稳定运行。同时,串口终端将会打印如下类似信息。

图 14

2 EtherCAT主站开发案例编译

将tl_EcMasterDemoDcMotor文件夹整个复制到Ubuntu,并进入EC_Master_SDK目录,执行如下命令将该目录下的开发包EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar.zip解压到当前路径下。

Host# cd tl_EcMasterDemoDcMotor/EC_Master_SDK/

Host# unzip EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar.zip

图 15

开发包解压完成后在当前目录生成EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar文件夹,目录结构如下图所示。案例编译需依赖此开发包的库文件。如需了解更多EcMaster EtherCAT案例,请查看开发包的Examples目录。

图 16

进入tl_EcMasterDemoDcMotor的src源码目录,在Makefile文件中指定平台Linux Processor SDK交叉编译工具链的实际路径。

Host# cd ../src/

Host# vim Makefile

图 17

CROSS_COMPILE ?= /home/tronlong/ti-processor-sdk-linux-rt-am335x-evm-04.03.00.05/linux-devkit/sysroots/x86_64-arago-linux/usr/bin/arm-linux-gnueabihf- //交叉编译工具链路径

图 18

修改完成后保存退出,执行make命令编译生成可执行程序tl_EcMasterDemoDcMotor文件。

Host# make

图 19

图 20

3 EC-Engineer配置ENI文件方法

本章节主要说明通过Acontis EtherCAT网络信息配置工具EC-Engineer工具配置ENI(EtherCAT Network Information Format)文件的方法。ENI文件主要描述EtherCAT总线拓扑结构等信息。

将产品资料“4-软件资料\Tools\Windows\”目录下的EC-Engineer_Eval_[版本号].zip在Windows下解压与安装。

确保PC机可正常连接互联网,双击打开EC-Engineer工具。系统将会通过网络检测EC-Engineer的license是否过期,如无法访问互联网将会导致打开失败。将伺服驱动器通过网线与PC机直连(此时PC机可断开与互联网的连接),在EC-Engineer选中Device Editor界面的Class A工程选项,如下图所示。

图 21

点击“File -> ESI Manager”,打开ESI Manager界面。

图 22

添加SANYO伺服驱动器配套的.xml文件,该文件由伺服驱动器厂家提供

图 23

图 24

 图 25

图 26

Cycle Time选择1000us,在Network Adapter选项栏里选择从站连接的网卡,按Select进行连接,连接后按钮变为

。Cycle Time的大小可能会影响伺服电机的抖动,具体根据伺服电机的实际情况进行设置,此处使用1000us。

图 27

点击“Network -> Scan EtherCAT Network”扫描伺服设备。

图 28

图 29

成功扫描出伺服设备后,将其选中(本次操作为SANYO伺服)。点击“Exports ENI”按钮重新生成伺服设备.xml格式的ENI文件。文件名可自拟,此处文件名设定为eni_SANYO_motor,选择“Diagnosis Mode”选项可观察伺服设备信息。

图 30

图 31

此时会在当前路径生成eni_SANYO_motor.xml配置文件,该文件记录了从站的配置信息,文件配置的Cycle Time为1000us。

以上便是本次开发案例分享的所有内容,感兴趣的用户欢迎下方评论点赞,谢谢关注,后面还将分享更多嵌入式相关的知识汇总与开发案例。

注:由于EtherCAT主站协议栈对系统实时性要求较高,因此使用Linux-RT实时内核进行测试。资料中提供的EC-Engineer为免费试用版,需定期更新,如已过期可沟通提供新版。

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