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基于TI Sitara AM3352/54/58/59 處理器的EtherCAT主站開發(fā)案例

2021/07/21

本文主要基于TI Sitara處理器 AM3352/54/58/59芯片的工業(yè)板卡，給大家分享如何在德國Acontis公司EtherCAT主站協(xié)議棧控制伺服電機的具體方法。

其中試用到的案例板卡為Tronlong創(chuàng)龍科技的TL335x-EVM-S評估板。創(chuàng)龍TL335x-EVM是一款基于TI Sitara系列AM3352/AM3354/AM3358/AM3359 ARM Cortex-A8高性能低功耗處理器設(shè)計的評估板，由核心板和底板組成。

評估板正面圖

核心板經(jīng)過專業(yè)的PCB Layout和高低溫測試驗證，穩(wěn)定可靠，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。評估板接口資源豐富，引出雙路千兆網(wǎng)口、HDMI、GPMC、CAN等接口，方便用戶快速進行產(chǎn)品方案評估與技術(shù)預(yù)研。

本文適用開發(fā)環(huán)境：

Windows開發(fā)環(huán)境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Kernel：Linux-RT-4.9.65

Acontis EtherCAT主站協(xié)議棧開發(fā)包：EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar.zip

Acontis EtherCAT網(wǎng)絡(luò)信息配置工具：EC-Engineer

伺服驅(qū)動器：SANYO RS2A03A0KA4W00

伺服電機：SANYO R2AA08075FXH00W

1 EC-Master、EC-Engineer簡介

圖 1 EtherCAT系統(tǒng)架構(gòu)

EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動化技術(shù))是一個開放架構(gòu)，以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其名稱的CAT為控制自動化技術(shù)(Control Automation Technology)字首的縮寫。EtherCAT是確定性的工業(yè)以太網(wǎng)。自動化對通訊一般會要求較短的資料更新時間(或稱為周期時間)、資料同步時的通訊抖動量低，而且硬件的成本要低，EtherCAT開發(fā)的目的就是讓以太網(wǎng)可以運用在自動化應(yīng)用中。

德國Acontis公司是EtherCAT技術(shù)協(xié)會資深會員，Acontis圍繞EtherCAT協(xié)議開發(fā)的EtherCAT主站協(xié)議棧EC-Master、EtherCAT網(wǎng)絡(luò)信息配置工具EC-Engineer和Windows操作系統(tǒng)實時擴展核EC-Win等產(chǎn)品已經(jīng)在眾多國際知名機器人(如KUKA)及自動化公司的產(chǎn)品中得到多方驗證，其產(chǎn)品的可靠性和性能得到業(yè)界公認和推崇。

如下為EC-Master和EC-Engineer簡介。如需了解更多介紹信息，可訪問Acontis中國總代理北京盟通科技有限公司官網(wǎng)：www.motrotech.com，或查看Acontis EtherCAT主站協(xié)議棧開發(fā)包中的Doc目錄下的EC-Master_ClassB.pdf文件。

1.1 EC-Master簡介

Acontis EtherCAT主站協(xié)議棧EC-Master包含：

(1) EtherCAT-Master-Core：EtherCAT主站的主要功能都在Core層中實現(xiàn)。所有協(xié)議的處理也都在這里執(zhí)行，例如過程數(shù)據(jù)傳輸和郵箱協(xié)議(CoE,EoE,FoE,SoE,AoE)。

(2) EtherCAT-Link-Layer：主從站的數(shù)據(jù)交換，將零拷貝(Zero Copy)和輪詢(Polling)技術(shù)與Core層配合使用，實現(xiàn)最好的實時性性能和最大限度減少CPU負載。

(3) OS層：操作系統(tǒng)的調(diào)用被封裝在OS層。為了能夠?qū)崿F(xiàn)最好的性能，絕大多數(shù)功能使用簡單的C語言宏編寫。

圖 2 EC-Master框架

1.2 EC-Engineer簡介

EtherCAT網(wǎng)絡(luò)信息配置工具EC-Engineer是由Acontis開發(fā)的一個功能強大用于EtherCAT網(wǎng)絡(luò)配置和診斷的軟件工具，可幫助用戶快速而舒適地處理工程和診斷任務(wù)。清晰且直觀的用戶界面確保了用戶在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)診斷和配置方面獲得流暢的體驗。

圖 3

圖 4

1 EtherCAT主站開發(fā)案例測試

請通過網(wǎng)線將伺服驅(qū)動器CN0 EtherCAT(IN)網(wǎng)口連接到評估板RGMII1 ETH千兆網(wǎng)口(ETH0)。如果需要使用RGMII2 ETH網(wǎng)口(ETH1)來控制電機，請通過網(wǎng)線將伺服驅(qū)動器CN0 EtherCAT(IN)網(wǎng)口連接到評估板RGMII2 ETH千兆網(wǎng)口。并連接好伺服電機，硬件連接如下所示。

圖 5

將產(chǎn)品資料“4-軟件資料\Demo\tl_EcMasterDemoDCmotor\bin\”目錄下的eni_SANYO_motor.xml、tl_EcMasterDemoDcMotor和“4-軟件資料\Demo\tl_EcMasterDemoDCmotor\lib\”目錄下的libemllCPSW.so文件拷貝到評估板文件系統(tǒng)同一個目錄下。

伺服驅(qū)動器上電啟動運行。評估板上電啟動進入文件系統(tǒng)執(zhí)行如下命令卸載ti_cpsw千兆網(wǎng)口驅(qū)動。執(zhí)行ifconfig命令可查看到千兆網(wǎng)口對應(yīng)的eth0、eth1網(wǎng)卡已被卸載。

Target# rmmod ti_cpsw

圖 6

執(zhí)行如下命令加載EtherCAT主站網(wǎng)口驅(qū)動，可通過lsmod命令查看驅(qū)動是否加載成功。

Target# modprobe atemsys

圖 7

在可執(zhí)行程序tl_EcMasterDemoDcMotor文件所在路徑下，執(zhí)行如下命令查看可執(zhí)行程序的使用說明和參數(shù)解析。

Target# ./tl_EcMasterDemoDcMotor --help

圖 8

CPU頻率調(diào)節(jié)模式默認配置為ondemand(初始頻率為300MHz)，此時系統(tǒng)會定期檢查負載，根據(jù)負載來調(diào)節(jié)頻率。由于EtherCAT對CPU頻率要求較高，因此需執(zhí)行如下命令將CPU頻率調(diào)節(jié)模式配置為performance，此時系統(tǒng)會將CPU頻率固定為800MHz。

Target# echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_governor

Target# cat /sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/cpuinfo_cur_freq

圖 9

執(zhí)行如下命令，通過EtherCAT主站協(xié)議棧控制伺服電機進行正反轉(zhuǎn)動作，設(shè)置主站通訊周期為1000us，串口終端打印如下相關(guān)信息。

Target# ./tl_EcMasterDemoDcMotor -f eni_SANYO_motor.xml -auxclk 1000 -v 2 -t 30000 -perf -cpsw 1 1 1 m custom am33XX 0 1 0

參數(shù)說明：

-f eni_SANYO_motor.xml //加載網(wǎng)絡(luò)配置eni.xml文件

-auxclk 1000 //cycle time，即主站通訊周期為1000us

-v 2 //信息打印級別為2

-t 30000 //持續(xù)時間

-perf //打印性能參數(shù)

-cpsw 1 1 1 m custom am33XX 0 1 0 //網(wǎng)口類型為TI的CPSW，“1 1 1”表示port1，Polling模式，high priority，“m”表示Master。

如需使用RGMII ETH2網(wǎng)口來控制電機，需要執(zhí)行如下命令。

Target# ./tl_EcMasterDemoDcMotor -f eni_SANYO_motor.xml -auxclk 1000 -v 2 -t 30000 -perf -cpsw 2 1 1 m custom am33XX 1 1 0

圖 10

圖 11

由上圖得知，主站通訊周期平均值約為997.8us，最大值為1054.2us。主站的通訊周期最大抖動值為1054.2us-1000us=54.2us。

tl_EcMasterDemoDcMotor程序會自動檢測與加載EtherCAT主站協(xié)議棧license。如無license，程序運行60min后將自動停止，提示信息如下圖所示。

圖 12

若已購買license，在tl_EcMasterDemoDcMotor文件同一目錄下創(chuàng)建license文件，并將license密匙添加到此文本文件中。

備注：以下提供基于我司TL570x-EVM評估板添加license的測試截圖作為參考。

圖 13

重新運行tl_EcMasterDemoDcMotor程序，若成功讀取有效license，程序?qū)⒖砷L時間穩(wěn)定運行。同時，串口終端將會打印如下類似信息。

圖 14

2 EtherCAT主站開發(fā)案例編譯

將tl_EcMasterDemoDcMotor文件夾整個復(fù)制到Ubuntu，并進入EC_Master_SDK目錄，執(zhí)行如下命令將該目錄下的開發(fā)包EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar.zip解壓到當前路徑下。

Host# cd tl_EcMasterDemoDcMotor/EC_Master_SDK/

Host# unzip EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar.zip

圖 15

開發(fā)包解壓完成后在當前目錄生成EC-Master-V2.9-Linux_armv6-vfp-eabihf-Eval.tar文件夾，目錄結(jié)構(gòu)如下圖所示。案例編譯需依賴此開發(fā)包的庫文件。如需了解更多EcMaster EtherCAT案例，請查看開發(fā)包的Examples目錄。

圖 16

進入tl_EcMasterDemoDcMotor的src源碼目錄，在Makefile文件中指定平臺Linux Processor SDK交叉編譯工具鏈的實際路徑。

Host# cd ../src/

Host# vim Makefile

圖 17

CROSS_COMPILE ?= /home/tronlong/ti-processor-sdk-linux-rt-am335x-evm-04.03.00.05/linux-devkit/sysroots/x86_64-arago-linux/usr/bin/arm-linux-gnueabihf- //交叉編譯工具鏈路徑

圖 18

修改完成后保存退出，執(zhí)行make命令編譯生成可執(zhí)行程序tl_EcMasterDemoDcMotor文件。

Host# make

圖 19

圖 20

3 EC-Engineer配置ENI文件方法

本章節(jié)主要說明通過Acontis EtherCAT網(wǎng)絡(luò)信息配置工具EC-Engineer工具配置ENI(EtherCAT Network Information Format)文件的方法。ENI文件主要描述EtherCAT總線拓撲結(jié)構(gòu)等信息。

將產(chǎn)品資料“4-軟件資料\Tools\Windows\”目錄下的EC-Engineer_Eval_[版本號].zip在Windows下解壓與安裝。

確保PC機可正常連接互聯(lián)網(wǎng)，雙擊打開EC-Engineer工具。系統(tǒng)將會通過網(wǎng)絡(luò)檢測EC-Engineer的license是否過期，如無法訪問互聯(lián)網(wǎng)將會導(dǎo)致打開失敗。將伺服驅(qū)動器通過網(wǎng)線與PC機直連(此時PC機可斷開與互聯(lián)網(wǎng)的連接)，在EC-Engineer選中Device Editor界面的Class A工程選項，如下圖所示。