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EtherCAT主站开发方案-含ZedBoard和X86测试数据
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更新于2023-05-27
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EtherCAT 主站开发-含 ZedBoard 和 X86 测试数据
本文从四个角度描述:一、EtherCAT 主站的基本要求;二、EtherCAT 主站常见配置;三、对 EtherCAT 主站
开发方案供应商的要求;四、KPA 主站方案在 ZedBoard 的测试结果(Xenomai 和 Linux Rt-Preempt)。
一、EtherCAT 主站的基本要求
硬件上:唯一一个硬件的要求就是要有 NIC(网络接口控制器,全双工通讯的 00 MBit/s)
软件上:一个实时运行环境,用来驱动网络中的从站。
编程软件:可选 IEC61131-3 编程环境(如 3S 的 CoDeSys 以及 KW 的 Multiprog 等)或者用户自定义软件
二、EtherCAT 主站常见配置
EtherCAT 主站设备供应商一般需要给用户提供:ENI 文件以及 EtherCAT 主站配置工具;而 EtherCAT 从站设
备供应商应该提供的是 ESI 文件。
1.EtherCAT Network Information File (ENI) :ENI 文件描述了网络拓扑结构、每个设备的初始化命令、需要周期
发送的命令。ENI 文件是给主站用的,主站会根据这个文件里面的命令来发送给从站。每个 EtherCAT 主站需
要配备 ENI 文件。
2. EtherCAT Slave Information(ESI):每个 EtherCAT 设备须随货给用户一个 ESI 文件,一般是.xml 格式。ESI
文件是配置工具在离线模式下用来编译网络信息 ENI 的(比如过程数据结构,同步命令等)
3.EtherCAT 主站配置工具:一般 EtherCAT 主站设备供应商需要为用户提供免费的配置软件+编程软件+ENI
文件。主站配置工具要求具备如下功能:加载从站 ESI 文件,创建/加载主站 ENI 文件;扫描 EtherCAT 网
络拓扑结构;初始化;设置分布时钟;在线通过 CoE 修改 SDO 参数;IPDO 上传等等。
三、对 EtherCAT 主站开发方案供应商的要求
主站开发一般会选择以下两种方式(买现成的硬件方案除外):
1、 选用免费的开源代码
2、 采用第三方商业版代码
一般在作前期开发调研时,大家最关心的是费用、研发时间、技术服务、不同供应商的性能如何等,在综合
评估下,会选定一个开发方案:自己开发硬件还是采用现成的硬件方案?自己开发的话,EtherCAT 部面分
自己写代码,还是用商业版的方案?用商业版的方案,应该选哪家的?
下先假设大家自己开发硬件的情况下,对选开源还是选商业版方案提供了一个简单的对比表

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两者的区别:
开源
商业版
费用情况
免费
开发包 MDK 收费,主站授权收费。
不同供应商,价格不太一样
工作量
硬件 MCU 平台的 EtherCAT 移植;
操作系统的移植:如 NIC Driver,OSAL 部分等;
开发供给最终用户使用的 EtherCAT 配置软件;
IEC61131-3 相关(可选项):将 EtherCAT 配置工具集成到编程软件、eCLR
与 IO Driver 的集成等
性能优化:如实现同步时间达到 100 微秒或 200 微秒等、实现 CPU 负载不
高于 50%等。
研发时间
目前真正开源的代码是 ETG 官网的
ET9300,如果开发最基本最简单的
EtherCAT 从站是没有问题的,如果需要
完成以上全部工作量,则难度明显加大。
如果只是 1 人全部投入研发,要保证实现
较小的时间同步,CPU 性能优化等,在
EtherCAT 协议的开发和测试工作量不低
于 4-6 个月。
(当然,每个厂家对主站的性能要求不
同,也会影响开发时间)
商业版开发方案一般完成以上所
有工作量的开发,而且完成了测
试。因此可以直接移植,如果 1 人
全部投入研发,就只是 EtherCAT
协议部分的开发和测试可以在 1-2
周内完成。
(当然,每个厂家对主站的性能要
求不同,也会影响开发时间)
扩展服务
如:多主站、
运动控制库等
无扩展服务可选
可选特殊应用的服务:OEM 或者
标准插件
性能评估
无现成的方案和参考,难以评估
可以申请免费试用,准确评估
升级服务
无
一般含一年免费升级
技术支持
无
一般含一年免费技术支持
EtherCAT 主站应保证了所有 EtherCAT 技术优势的实现,比如实现操作、特别是极短的循环时间、最小的成本
实现最优的性能等优势。要求提供了方便的接口可以直接移植到不同的操作系统和硬件平台。
EtherCAT 主站开发应支持 EtherCAT Network Information 格式,它的宗旨在于将 EtherCAT 技术应用得更全面
更高效。协议栈完全按照 ETG 规范开发,采用 ANSI “C”,遵从技术要求。KPA EtherCAT 主站在最短的执行
时间、最小的内存占用上做了很多的优化,以达到实时操作和而且在不同硬件平台行利用嵌入式系统的要求。
EtherCAT 主站开发一般需要前期的开发包 MDK,从而使研发工程师可以直接通过配置主站的功能来实现开发。
MDK 一般需要提供这些工具以便提高开发效率:
EtherCAT Studio 配置和诊断工具是通过远程过程调用服务(RPC)来连接主站。
下面从测试工具、操作系统/硬件平台、开发架构、应用层、mailbox 服务、测试数据等方面举例说明。
开发人员常用的配置/诊断工具:

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功能对比工具允许将 Studio 中有效的工程与其它来自文件的工程进行对比。不同处可以使用用户自定义的颜色
和属性进行高亮显示。
过程镜像观察器可以显示内存中输入/输出变量的分配。
从站至从站通信允许以过程镜像中输入-输出矩阵的方式进行从站的逻辑通信,而非使用实际的线缆连接。
采样率编辑器允许特殊的 FSoE 设备分配 I/O 数据至不同的帧。
诊断:
诊断扫描器允许扫描 EtherCAT 网络和执行诊断命令以隔离有问题的从站和连接问题。
拓扑观察器显示 EtherCAT 从站和连接的结构和状态。
诊断轨迹用于将消息根据类别,如错误、警告和通知进行归类排序,并尽可能的显示原因和推荐方案。
数据和帧记录器(如下图):数据记录器:
帧记录器:
PDO
100us 平行于 300us
-周期帧发送;-周期帧接收
SDO
-非周期帧发送;-非周期帧接收
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