基于ARM与FPGA的EtherCAT主站通信卡设计与数控系统应用

本篇硕士论文主要探讨了基于ARM和FPGA技术的EtherCAT在数控系统中的应用与实现。 EtherCAT作为一种高性能的工业以太网现场总线，在提升数控系统的控制精度和实时性方面具有重大潜力。论文首先概述了国内外现场总线技术的发展现状，强调了EtherCAT在全球市场上的日益增长的重要性。 文章的核心内容集中在"ARM+FPGA"结构的EtherCAT主站通信卡设计上。ARM处理器以其低成本和优良性能，负责处理主站通信任务，如数据帧的解析、封装，以及状态机管理和分布式时钟同步等高级功能。FPGA则因其可编程性和高速并行处理能力，被用于实现从站数据链路层协议，实现数据的动态上传和下载，以及与工控机之间的高效信息交换，通过硬件方式实现了PCI总线接口和数据缓存区。 作者还提出了嵌入式工控机与EtherCAT主站通信卡结合的硬件架构，构建了友好的人机交互界面，使得数据输入和状态显示更加便捷。在从站通信方面，硬件接口分别由ARM实现总线协议驱动，FPGA负责协议的实际执行，涵盖了从站的物理层、数据链路层和应用层接口的设计。 在软件设计部分，论文详述了EtherCAT总线的主站和从站平台，包括数据传输协议和高精度分布式时钟技术的实现。主站协议着重于高效的数据传输和时间同步，而从站协议则关注数据链路层传输协议和从站驱动的开发。 通过这项研究，作者不仅展示了将EtherCAT技术引入数控系统的优势，还提供了实际的硬件和软件解决方案，为提高数控系统的性能和灵活性做出了贡献。整个论文结构严谨，技术细节深入，对于理解EtherCAT在数控系统中的应用具有很高的参考价值。