前 言：創(chuàng)龍科技已基于IMX8、ZYNQ、AM5728、AM5708、AM437x、AM335x、T3/A40i等平臺提供了開源EtherCAT主站IgH案例。本文檔主要演示TLIMX8-EVM評估板基于IgH EtherCAT控制伺服電機方法。如需其他平臺相關(guān)資料，請與我們聯(lián)系。

本文檔適用開發(fā)環(huán)境：

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

Linux開發(fā)環(huán)境：Ubuntu 18.04.4 64bit

虛擬機：VMware15.1.0

Linux SDK：5.4.70_2.3.0

Kernel：linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0

IgH EtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723

Xenomai：xenomai-v3.1.1-g8b2052e

伺服驅(qū)動器：臺達ASD-A2-0121-E

伺服電機：臺達ECMA-C10401GS

硬件平臺：TLIMX8-EVM評估板（NXP i.MX 8M Mini）

（點擊圖片查看產(chǎn)品詳細介紹）

圖 2 TLIMX8-EVM評估板

案例詳細說明請掃描下方二維碼或點擊下載鏈接：

http://site.tronlong.com/pfdownload

1、IgH EtherCAT簡介

IgH EtherCAT為運行于Linux系統(tǒng)的免費開源EtherCAT主站程序，框架如下所示，官方文檔：https://www.etherlab.org/download/ethercat/ethercat-1.5.2.pdf。

圖 1

IgH EtherCAT主站通過構(gòu)建Linux字符設備，應用程序通過對字符設備的訪問實現(xiàn)與EtherCAT主站模塊的通信。

IgH EtherCAT開發(fā)包提供EtherCAT工具，該工具提供各種可在Linux用戶層運行的命令，可直接實現(xiàn)對從站的訪問和設置，如設置從站地址、顯示總線配置、顯示PDO數(shù)據(jù)、讀寫SDO參數(shù)等。

IgH EtherCAT官網(wǎng)：https://www.etherlab.org/en/ethercat。

2、案例說明

案例功能：控制伺服電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

1. 正轉(zhuǎn)：伺服電機目標速度從0加速到10000，當達到10000速度后，控制伺服電機減速至0，循環(huán)運行。
2. 反轉(zhuǎn)：伺服電機目標速度從0加速到-10000，當達到-10000速度后，控制伺服電機減速至0，循環(huán)運行。

圖 2

為便于測試，我司提供已驗證的基于Xenomai編譯生成的內(nèi)核鏡像文件和設備樹鏡像文件，位于案例"igh_ethercat_dc_motor\kernel-xenomai\images\linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0\"目錄下，請?zhí)鎿Q至Linux系統(tǒng)啟動卡BOOT分區(qū)下。同時將linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0目錄下的module驅(qū)動壓縮包5.4.70-g8d94618.tar.gz，解壓至Linux系統(tǒng)啟動卡rootfs分區(qū)"lib/modules/"目錄下。

備注：如需使用由內(nèi)核源碼重新編譯生成的內(nèi)核鏡像文件、設備樹文件和modules驅(qū)動，請參考Linux系統(tǒng)使用手冊將編譯的module驅(qū)動安裝至Linux系統(tǒng)啟動卡中，默認安裝后module驅(qū)動目錄為5.4.70。

圖 3

3、案例測試

請按下圖所示使用網(wǎng)線連接評估板RGMII ETH網(wǎng)口和伺服驅(qū)動器A的IN網(wǎng)口，將伺服驅(qū)動器A的OUT網(wǎng)口使用網(wǎng)線連接至伺服驅(qū)動器B的IN網(wǎng)口。

圖 4

圖 5

為便于測試，我司提供的經(jīng)驗證的IgH EtherCAT主站程序為案例"igh_ethercat_dc_motor\igh_ethercat\images\ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723\"目錄下的ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz壓縮包，在Ubuntu下解壓即可得到IgH EtherCAT主站程序文件夾。

將IgH EtherCAT主站程序文件夾整個拷貝至評估板文件系統(tǒng)，執(zhí)行如下命令查詢評估板網(wǎng)卡物理地址。本次測試將IgH EtherCAT主站程序文件夾命名為__install。

Target# ifconfig

圖 6

執(zhí)行如下命令，加載驅(qū)動模塊。

Target# insmod /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_master.ko main_devices=ce:bb:9d:3b:d3:6b

圖 7

執(zhí)行如下命令，拷貝EtherCAT主站相關(guān)文件至評估板文件系統(tǒng)。

Target# cp /home/root/EtherCAT/__install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfig

Target# cp /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_master.ko /lib/modules/5.4.70-g8d94618 //模塊驅(qū)動名稱可通過"uname -r"查看

Target# depmod //同步模塊依賴關(guān)系

圖 8

執(zhí)行如下命令，啟動EtherCAT主站。

Target# /home/root/EtherCAT/__install/etc/init.d/ethercat start

圖 9

執(zhí)行如下命令，加載ec_generic.ko驅(qū)動文件。

Target# insmod /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_generic.ko

圖 10

執(zhí)行如下命令，添加IgH動態(tài)鏈接庫路徑。

Target# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/root/EtherCAT/__install/lib

圖 11

將案例igh_ethercat_dc_motor可執(zhí)行文件拷貝至評估板文件系統(tǒng)，執(zhí)行如下命令查看參數(shù)信息。

Target# ./igh_ethercat_dc_motor --help

圖 12

執(zhí)行如下命令，控制兩臺伺服電機同時正轉(zhuǎn)。

Target# ./igh_ethercat_dc_motor -d 0

圖 13

圖 14

按下"Ctrl+C"，停止運行程序。

圖 15

執(zhí)行如下命令，控制兩臺伺服電機同時反轉(zhuǎn)。

Target# ./igh_ethercat_dc_motor -d 1

圖 16

圖 17

按下"Ctrl+C"，停止運行程序。

圖 18

備注：案例設置EtherCAT周期為1.1ms，同時串口循環(huán)打印EtherCAT周期的最小值和最大值。

參數(shù)解析：

1. latency：等待喚醒時間。
2. period：EtherCAT通訊周期時間。
3. exec：接收和發(fā)送EtherCAT數(shù)據(jù)時間。

4、案例編譯

4.1IgH EtherCAT主站程序編譯

IgH EtherCAT主站程序的編譯需依賴于基于Xemomai生成的內(nèi)核，請參考Linux系統(tǒng)使用手冊將案例"igh_ethercat_dc_motor\kernel-xenomai\src\"目錄下的linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0內(nèi)核源碼進行編譯后，再編譯IgH EtherCAT主站程序。

請將案例"igh_ethercat_dc_motor\igh_ethercat\src\"目錄下的IgH EtherCAT主站程序開發(fā)包ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz拷貝至Ubuntu工作目錄，執(zhí)行如下命令進行解壓。

Host# mkdir EtherCAT

Host# tar -xvf ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz -C EtherCAT/

圖 19

進入解壓目錄，執(zhí)行如下命令生成configure文件。

Host# ./bootstrap

圖 20

執(zhí)行如下命令，加載SDK環(huán)境變量并進行配置。

Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linux

Host# mkdir __install //創(chuàng)建__install文件夾用于存放生成的文件

Host# ./configure --prefix=/home/tronlong/EtherCAT/__install --with-linux-dir=/home/tronlong/kernel-xenomai/ --enable-8139too=no --enable-generic=yes --host=aarch64-poky-linux

備注："/home/tronlong/kernel-xenomai/"為案例提供的內(nèi)核源碼目錄。

圖 21

圖 22

執(zhí)行如下命令，進行編譯。

Host# make

圖 23

圖 24

執(zhí)行如下命令，編譯驅(qū)動。

Host# make modules

圖 25

圖 26

執(zhí)行如下命令，將生成的IgH EtherCAT主站程序安裝至指定路徑下。

Host# make install systemdsystemunitdir=/home/tronlong/EtherCAT/__install

圖 27

圖 28

執(zhí)行如下命令，將驅(qū)動文件拷貝至"__install/modules/"目錄下。

Host# mkdir -p __install/modules

Host# cp ./master/ec_master.ko ./__install/modules/

Host# cp ./devices/ec_generic.ko ./__install/modules/

圖 29

4.2igh_ethercat_dc_motor案例編譯

igh_ethercat_dc_motor案例的編譯需基于IgH EtherCAT主站程序，請先編譯IgH EtherCAT主站程序。

請將案例"igh_ethercat_dc_motor\src\"目錄拷貝至Ubuntu工作目錄下，進入src目錄執(zhí)行如下命令修改Makefile相關(guān)內(nèi)容為IgH EtherCAT主站程序?qū)夸洝?/span>

Host# vi Makefile

圖 30

圖 31

然后執(zhí)行如下命令，加載SDK環(huán)境變量并進行編譯。編譯完成后，將在當前目錄下生成可執(zhí)行文件。

Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linux

Host# make

圖 32

5、關(guān)鍵代碼

1. 創(chuàng)建EtherCAT Master。

圖 33

2.創(chuàng)建域。

圖 34

3.配置PDO。

圖 35

4.為域注冊PDO條目。

圖 36

5.激活Master。

圖 37

6.修改當前進程優(yōu)先級。

圖 38

7.進入循環(huán)周期任務。

圖 39

8.在周期任務中設置驅(qū)動器操作模式、加速度和減速度，分別發(fā)送0x6、0x7、0xF使驅(qū)動器處于ON狀態(tài)。

圖 40

9.發(fā)送目標速度，轉(zhuǎn)動電機。

圖 41

6、Xenomai簡介

Xenomai是一個免費開源的Linux平臺實時框架，通過使用與Linux內(nèi)核并行運行的實時協(xié)同內(nèi)核(real-time co-kernel)處理所有對時間要求嚴格的活動，例如處理中斷和調(diào)度實時線程。Cobalt core比原生Linux與RT-Linux內(nèi)核具有更高的優(yōu)先級。

圖 42

圖 43

6.1編譯說明

案例使用的Xenomai版本為3.1.1，開發(fā)包為案例"igh_ethercat_dc_motor\xenomai\src\"目錄下的xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz，將其拷貝至Ubuntu工作目錄下，執(zhí)行如下命令進行解壓。

Host# mkdir Xenomai

Host# tar -xvf xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz -C Xenomai/

圖 44

進入解壓目錄，執(zhí)行如下命令在當前目錄生成configure文件。

Host# ./scripts/bootstrap

圖 45

執(zhí)行如下命令，加載SDK環(huán)境變量并進行配置，請確保已正確安裝交叉編譯工具。

Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linux

Host# ./configure --build=i686-pc-linux-gnu --host=aarch64-poky-linux --disable-debug --enable-smp --with-core=cobalt

圖 46

圖 47

Host# mkdir __install //創(chuàng)建__install文件夾用于存放生成的文件

Host# make DESTDIR=/home/tronlong/Xenomai/__install install

圖 48

編譯完成后，將在__install目錄下生成usr文件夾。

圖 49

6.2測試說明

為便于測試，我司提供的經(jīng)驗證的Xenomai測試程序為案例"igh_ethercat_dc_motor\xenomai\images\xenomai-v3.1.1-g8b2052e\"目錄下xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz壓縮包，在Ubuntu下解壓即可得到Xenomai測試程序文件夾。

請使用已替換內(nèi)核的Linux系統(tǒng)啟動卡啟動評估板，將Xenomai測試程序文件夾整個拷貝至評估板文件系統(tǒng)，執(zhí)行如下命令拷貝Xenomai相關(guān)文件和設置動態(tài)鏈接庫。本次測試將Xenomai測試程序文件夾命名為__install。

Target# cp -r Xenomai/__install/usr/xenomai/ /usr/

Target# export LD_LIBRARY_PATH=/usr/xenomai/lib:$LD_LIBRARY_PATH

圖 50

Xenomai的測試工具均位于"/usr/xenomai/bin/"目錄下，可調(diào)用對應測試工具進行測試。

圖 51

使用Cyclictest工具進行實時性能基準測試。

Target# echo 0 > /proc/xenomai/latency

Target# /usr/xenomai/demo/cyclictest -t5 -p98 -m -n

圖 52

表 1 Cyclictest測試結(jié)果說明