基于ARM与FPGA的EtherCAT协议实现与数控系统集成

本篇论文主要探讨了EtherCAT在数控系统中的应用及其实现，针对现场总线技术的最新发展趋势，特别是EtherCAT这一工业以太网现场总线的兴起。作者陈灏在硕士研究生阶段，结合ARM技术和FPGA技术，深入研究了EtherCAT通信协议的关键特性，如“飞读飞写”技术、分布式时钟同步、WKC（Write Key Checksum）和CRC（Cyclic Redundancy Check）校验等。 论文首先概述了国内外现场总线技术的发展概况，指出随着数控系统对控制精度和实时性需求的提升，高速现场总线的应用成为主流。EtherCAT因其高市场占有率和强大的性能潜力，被选定为研究目标。硬件设计部分，作者提出了主站和从站的实施方案。主站采用嵌入式工控机配合 EtherCAT 主站通信卡，提供了用户友好的人机交互界面，便于数据输入和状态显示。从站通信则基于 ARM 和 FPGA 技术，实现了从物理层到应用层的完整硬件接口，其中 ARM 负责协议驱动，FPGA 实现总线协议。 软件设计方面，论文详细阐述了主站平台的软件架构，包括数据传输协议和高精度分布式时钟技术的设计，以确保实时性和准确性。从站平台软件设计包含了数据链路层传输协议和从站驱动程序，保证了与主站的有效通信。 为了验证设计的可行性，论文还进行了实际的读邮箱测试数据帧，展示了主站向从站发送邮箱写命令和从站响应读命令的能力，以及周期通信测试，通过逻辑寻址和LWR/LRD操作验证了 EtherCAT 的周期数据交换功能。这些测试结果表明设计的总线能够成功地进行非周期性和周期性数据通信，证明了EtherCAT在数控系统中的有效集成。 这篇硕士论文不仅涵盖了EtherCAT技术的基础理论，还深入到了其实现细节，为数控系统的高效通信提供了一种实用且先进的解决方案，对于推动工业自动化领域的技术进步具有重要意义。