EtherCAT通信协议研究与实现-ARM+FPGA技术

" EtherCAT通信协议研究及实现，硕士论文，作者陈灏，导师陈吉红教授和宋宝副教授，华中科技大学，2014年1月13日答辩。" 在当前的数控系统发展中，随着对控制精度和实时性的需求不断提升，高速现场总线成为了重要的发展方向。EtherCAT作为一款广泛应用的工业以太网现场总线，以其高效能和高潜力在市场上占据了一席之地。这篇由陈灏撰写的硕士学位论文《EtherCAT通信协议研究及实现》深入探讨了如何利用ARM技术和FPGA技术来实现EtherCAT通信协议，并将其应用于数控领域。 首先，论文详细介绍了现场总线技术在全球范围内的发展现状，特别是EtherCAT的通信规范。EtherCAT的独特之处在于它的“飞读飞写”技术，这种技术允许数据在总线上的快速传输，极大地提高了通信效率。此外，论文还讨论了分布式时钟同步技术，这是保持网络中所有设备时间同步的关键，以及WKC（Write Key Checksum）和CRC（Cyclic Redundancy Check）校验，这些是保证数据完整性和可靠性的核心技术。 在硬件方案设计部分，论文提出了基于“嵌入式工控机+EtherCAT主站通信卡”的主站通信接口，以及“ARM+FPGA”架构的从站通信接口。工控机通过PCI接口与主站通信卡交换数据，而从站的物理层、数据链路层和应用层的硬件接口则由ARM和FPGA共同完成，其中ARM负责从站总线协议驱动，FPGA则承担总线协议的具体实现任务。 在软件设计层面，论文详述了主站和从站平台的协议设计。主站协议包含了数据传输协议和高精度分布式时钟技术，确保了数据的准确无误和时间同步；而从站协议则主要关注从站数据链路层传输协议和从站驱动的开发，保证从站能够正确接收和响应主站的指令。 最后，论文还涉及到实际的软件开发工作，这包括了EtherCAT通信协议的实现和调试，为实际应用提供了实用的参考。通过这样的研究，不仅加深了对EtherCAT技术的理解，也为数控系统的性能提升和实时性优化提供了新的可能。