伺服驱动器 EtherCAT 硬件选型与 FPGA 在 EtherCAT 中的角色

"选择硬件-BCM2837-ARM-外围设备" 本文主要讨论了在选择硬件，特别是 EtherCAT 伺服驱动器时的几种方案，并着重分析了不同方案的优缺点。 EtherCAT 是一种实时工业以太网通信协议，常用于自动化系统中的伺服驱动器。在选择硬件方案时，主要考虑的是 EtherCAT 从站协议的实现方式。 1. **纯总线驱动器**：这种方案不包含额外的外设，如脉冲、模拟量或液晶显示器。可采用的方案有 ESC+DSP，FPGA（IP 核）+DSP 或单 FPGA。KPA 从站协议需要在 DSP、软核或硬核上运行，难点在于 FPGA 的 IP 核和软核技术的调试以及内部高速总线的应用。 2. **总线+传统驱动器**：支持 EtherCAT 以及传统的脉冲、模拟量等接口。可采用的方案有 ESC+DSP+FPGA（或 CPLD），FPGA（IP 核）+DSP。这种方案在传统伺服驱动器基础上增加了 EtherCAT 功能。 **器件方案对比**： - **ESC+DSP+FPGA/CPLD**：在传统伺服驱动器上增加 ESC 功能，DSP 通过 SPI/并口与 ESC 交互数据。 - **FPGA（IP 核）+DSP**：FPGA 承担 EtherCAT 通讯，增加了 IP 核的开发难度。 - **纯 FPGA 或 SoC（FPGA+A9 ARM）**：FPGA 完成 EtherCAT、数据交互和运动控制算法处理，成本和性能更优，但开发难度大。 **KPA 协议栈移植关系**： - **KPA 代码移植到 DSP**：DSP 从 FPGA 或 ESC 获取 EtherCAT 数据，ESC 负责数据采集。 - **KPA 代码移植到 FPGA 软核**：FPGA 上的软核运行 KPA 从站协议栈，DSP 访问处理后的 PDO 和 SDO 数据。 - **KPA 代码加载在 FPGA 软核或硬核**：FPGA 集成 ESC 和软核 uC，通过片内总线与主控制器交互。 **FPGA 工作量评估**： - **纯 FPGA 方案**：承担 EtherCAT 数据处理、运动控制算法、外设管理和 IO 运算等全部任务，开发难度最大，但性能最佳。 - **FPGA（IP 核）+DSP 方案**：FPGA 在传统工作基础上添加 EtherCAT 功能，开发难度适中。 - **ESC+DSP+FPGA/CPLD 方案**：开发难度最小，成本相对较高，适用于简单应用。 在选择硬件时，需权衡成本、开发难度和性能需求。对于 EtherCAT 伺服驱动器，目前 FPGA（IP 核）+DSP 方案是主流，而纯 FPGA 方案虽然性能最佳，但开发难度较高。供应商应提供高质量的源代码、硬件平台示例和 EtherCAT 网络诊断工具，以支持开发者进行有效的数据交互和系统集成。