NuMaker-IIoT-NUC980 測(cè)評(píng)之 EtherCAT 實(shí)現(xiàn)
1、背景作者：lg28870983
最近計(jì)劃DIY一個(gè)EtherCAT控制器，一直在看資料和選型，初步定了NUC980的方案，主要是看中NUC980的RAM比較大，采購(gòu)還算方便（最近缺芯，大家都懂）。
選定硬件之后，NUC980跑什么系統(tǒng)呢？從以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，ARM9一般跑linux比較多，資源也好找，同時(shí)官方提供BSP。但這次任務(wù)有點(diǎn)特殊，EtherCAT對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高，linux不是最合適的。結(jié)合MCU開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，就準(zhǔn)備上個(gè)RTOS，以前M3和M4的芯片，主要用FreeRTOS，最近也開(kāi)始用RT-Thread。新唐官方也推出了NUC980的RT-Thread版BSP，對(duì)開(kāi)發(fā)者非常友好，最終決定了NUC980+RT-Thread的方案。
剛好最近官方有個(gè)DIY項(xiàng)目官方活動(dòng)，就報(bào)了名。
2、EtherCAT 主站軟件方案
EtherCAT本身還是比較復(fù)雜的，我們就不自己造輪子了，考慮用開(kāi)源方案，畢竟硬件成本這么低，商用方案是真的用不起。
現(xiàn)在開(kāi)源主站主要就兩種，SOEM和IGH（相關(guān)的資料網(wǎng)上很多，這兒就不展開(kāi)了），IGH只支持linux，所以只能選SOME，最新版本是SOEM1.4，本次移植就基于該版本。
3、移植過(guò)程
3.1 RT-Thread 下載
本次移植基于最新發(fā)布的release4.1.0, 這個(gè)可以到github下載，最近Gitee也更新了。移植EtherCAT之前，首先把Nuvoton的BSP跑起來(lái)。這個(gè)參考官方的文檔就可以了。
3.2 Some 移植
下載soem-1.4.0，將整個(gè)目錄放在rt-thread項(xiàng)目里，下圖是我的目錄，供參考
在some-1.4.0及其子目錄中需要手工編輯SConscript腳本，這兒就不展開(kāi)了。后續(xù)我把源碼打包發(fā)上來(lái)。
Some移植主要是三個(gè)文件 osal.c，oshw.c和nicdrv.c。
osal.c 主要是微秒及的延時(shí)和定時(shí)函數(shù)；
oshw.c 主要是網(wǎng)絡(luò)端和本機(jī)端數(shù)據(jù)的大小端轉(zhuǎn)換；
nicdrv.c 主要是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)。
Some已經(jīng)給出了很多操作系統(tǒng)移植，我的移植是基于rtk，這個(gè)是嵌入式系統(tǒng)，和我們的開(kāi)發(fā)環(huán)境最接近。
3.2.1 osal.c 移植
主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)osal_usleep和osal_gettimeofday兩個(gè)函數(shù)。
我開(kāi)始思路是自定義一個(gè)定時(shí)器用于EtherCAT，當(dāng)時(shí)用了Timer4。等實(shí)現(xiàn)差不多了，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘用的是Timer5，很多地方功能重復(fù)。最終和系統(tǒng)共用Timer5，省了個(gè)Timer，代碼也簡(jiǎn)化了不少。下面就是改動(dòng)過(guò)的相關(guān)代碼 (請(qǐng)至評(píng)測(cè)原文網(wǎng)址)，osal_timer_init這個(gè)初始化函數(shù)要在啟動(dòng)EhterCAT功能之前調(diào)用。
3.2.2 oshw.c 移植
不需做什么工作。
3.2.3 nicdrv.c 移植
主要修改就是調(diào)用自己的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收函數(shù)，我把它們命名為net_send和net_recv。這兩個(gè)函數(shù)最好的實(shí)現(xiàn)是直接操作網(wǎng)卡（或者叫emac），我現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)參考了tcpdump的方法，在協(xié)議棧中加鉤子（hook）實(shí)現(xiàn)，這樣對(duì)原來(lái)系統(tǒng)影響最小，網(wǎng)口除了EtherCAT，還可以當(dāng)正常的網(wǎng)口用。
ecx_setupnic函數(shù)中創(chuàng)建mutex（這個(gè)按照rt-thread格式改一下即可），安裝網(wǎng)絡(luò)鉤子
ecx_closenic函數(shù)中刪除mutex，卸載網(wǎng)絡(luò)鉤子。
3.2.4 net_hook.c 實(shí)現(xiàn)
主要實(shí)現(xiàn)EtherCAT數(shù)據(jù)幀收發(fā)，中間加了個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)用于接收。具體原理就是在網(wǎng)卡加個(gè)鉤子函數(shù)，有數(shù)據(jù)來(lái)的時(shí)候先經(jīng)過(guò)鉤子函數(shù)，我們把EtherCAT數(shù)據(jù)幀截住，不傳給原來(lái)的lwip協(xié)議棧；如果要發(fā)送數(shù)據(jù)，就直接調(diào)用發(fā)送函數(shù)，繞過(guò)lwip協(xié)議棧。這樣也不影響lwip協(xié)議棧工作。
具體實(shí)現(xiàn)見(jiàn)附件。
3.2.5 some 基本功能測(cè)試
采用官方的slave_info測(cè)試代碼，測(cè)試主要分為時(shí)鐘測(cè)試和soem EtherCAT協(xié)議；竟δ軠y(cè)試。在終端中輸入 soem_test + 回車(chē)即可。
我接了一個(gè)匯川IS620N驅(qū)動(dòng)器，下面是輸出的部分內(nèi)容：
Slave:1
Name:IS620N
Output size: 96bits
Input size: 224bits
State: 4
Delay: 0[ns]
Has DC: 1
DCParentport:0
Activeports:1.0.0.0
Configured address: 1001
Man: 00100000 ID: 000c0108 Rev: 00010001
SM0 A:1000 L: 128 F:00010026 Type:1
SM1 A:1400 L: 128 F:00010022 Type:2
SM2 A:1800 L: 12 F:00010064 Type:3
SM3 A:1c00 L: 28 F:00010020 Type:4
FMMU0 Ls:00000000 Ll: 12 Lsb:0 Leb:7 Ps:1800 Psb:0 Ty:02 Act:01
FMMU1 Ls:0000000c Ll: 28 Lsb:0 Leb:7 Ps:1c00 Psb:0 Ty:01 Act:01
FMMUfunc 0:1 1:2 2:0 3:0
MBX length wr: 128 rd: 128 MBX protocols : 04
CoE details: 0d FoE details: 00 EoE details: 00 SoE details: 00
Ebus current: 0[mA]
only LRD/LWR:0
4、運(yùn)動(dòng)控制測(cè)試
基礎(chǔ)工作做好以后，我們就能真正的控制電機(jī)運(yùn)行了。在控制電機(jī)運(yùn)行之前，還需要了解CIA402相關(guān)的規(guī)范，啟動(dòng)伺服需要按照規(guī)范要求，按順序來(lái)。
程序主要流程如下，具體代碼見(jiàn)附件。
a)初始化時(shí)鐘 osal_timer_init
b)初始化網(wǎng)卡ec_init
c)等待進(jìn)入INIT態(tài)
d)初始化驅(qū)動(dòng)器（is6（is620n）ec_config_init
e)DC配置
f)申請(qǐng)并等待進(jìn)入Pre-OP態(tài)
g)配置過(guò)程數(shù)據(jù)TxPDO/RxPDO（自定義函數(shù)process_data_config）
h)配置FMMU ec_config_map
i)申請(qǐng)并等待進(jìn)入Safe-OP態(tài)
j)設(shè)置CSP模式
k)發(fā)送和接收過(guò)程數(shù)據(jù)1次，觸發(fā)SLAVE
l)申請(qǐng)并等待進(jìn)入OP態(tài)
m)進(jìn)入過(guò)程數(shù)據(jù)收發(fā)循環(huán)
在進(jìn)入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收發(fā)循環(huán)后，按次序發(fā)送控制字啟動(dòng)伺服（6040h發(fā)送6，7和15），然后就可以不斷發(fā)送新的控制位置讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)了！
5、總結(jié)
整個(gè)移植過(guò)程還是充滿了挑戰(zhàn)，主要也是因?yàn)榻衲瓴砰_(kāi)始接觸EtherCAT，很多概念是邊學(xué)邊用，網(wǎng)上也參考了不少同學(xué)的帖子。很多人反應(yīng)匯川的伺服用SOEM驅(qū)動(dòng)DC同步模式總是有問(wèn)題，確實(shí)遇到了很多奇奇怪怪的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這兩個(gè)月的折騰，總算開(kāi)了個(gè)頭，基礎(chǔ)打好了。
下一步可優(yōu)化的就是現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)移植改用直接操作emac，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)。
附件程序里還參考本站貼子移植了uffs文件系統(tǒng)，編譯如果有問(wèn)題，可能還需要下載uffs、ramdisk、optparse和netutils包。
鏈接: https://pan.baidu.com/s/1uWbiUfzX1R061OJQ5LG6OQ?pwd=wdtt
提取碼: wdtt
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編輯：admin 最后修改時(shí)間：2023-03-04
