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NUC980 DIY项目大挑战 - EtherCAT实现

RTThread物联网操作系统 来源:未知 2023-02-02 11:30 次阅读

1.背景

最近计划DIY一个EtherCAT控制器,一直在看资料和选型,初步定了NUC980的方案,主要是看中NUC980的RAM比较大,采购还算方便(最近缺芯,大家都懂)。
选定硬件之后,NUC980跑什么系统呢?从以往经验来看,ARM9一般跑linux比较多,资源也好找,同时官方提供BSP。但这次任务有点特殊,EtherCAT对实时性要求比较高,linux不是最合适的。结合MCU开发经验,就准备上个RTOS,以前M3和M4的芯片,主要用FreeRTOS,最近也开始用RT-Thread。新唐官方也推出了NUC980的RT-Thread版BSP,对开发者非常友好,最终决定了NUC980+RT-Thread的方案。
刚好最近官方有个DIY项目官方活动,就报了名。

2.EtherCAT主站软件方案

EtherCAT本身还是比较复杂的,我们就不自己造轮子了,考虑用开源方案,毕竟硬件成本这么低,商用方案是真的用不起啊!
现在开源主站主要就两种,SOEM和IGH(相关的资料网上很多,这儿就不展开了),IGH只支持linux,所以只能选SOME,最新版本是SOEM1.4,本次移植就基于该版本。
3. 移植过程

3.1 RT-Thread 下载

本次移植基于最新发布的release4.1.0, 这个可以到github下载,最近Gitee也更新了。移植EtherCAT之前,首先把Nuvoton的BSP跑起来。这个参考官方的文档就可以了。

3.2 Some移植

下载soem-1.4.0,将整个目录放在rt-thread项目里,下图是我的目录,供参考

在some-1.4.0及其子目录中需要手工编辑SConscript脚本,这儿就不展开了。后续我把源码打包发上来。

Some移植主要是三个文件 osal.c,oshw.c和nicdrv.c。

osal.c 主要是微秒及的延时和定时函数;

oshw.c 主要是网络端和本机端数据的大小端转换;

nicdrv.c 主要是网络数据收发。

Some已经给出了很多操作系统移植,我的移植是基于rtk,这个是嵌入式系统,和我们的开发环境最接近。

3.2.1 osal.c移植

主要内容是实现osal_usleeposal_gettimeofday两个函数。

我开始思路是自定义一个定时器用于EtherCAT,当时用了Timer4。等实现差不多了,发现系统时钟用的是Timer5,很多地方功能重复。最终和系统共用Timer5,省了个Timer,代码也简化了不少。下面就是改动过的相关代码,osal_timer_init这个初始化函数要在启动EhterCAT功能之前调用。

 1staticrt_uint32_tus_ticks;
2voidosal_timer_init(void)
3
{
4rt_uint32_tcmp=ETIMER_GetCompareData(5);
5us_ticks=1*cmp/(1000000/RT_TICK_PER_SECOND);
6rt_kprintf("rt-threadhwtimer51us=%dticks ",us_ticks);
7}
8intosal_usleep(uint32usec)
9
{
10//udelay(usec);
11/*ajustmentforprecision*/
12//usec-=usec/4080;
13usec-=usec/1500;
14/*rt_hw_us_delayworkforadelaylessthan16us*/
15do{
16if(usec>=1000)
17{
18rt_hw_us_delay(1000);
19usec-=1000;
20}else{
21rt_hw_us_delay(usec);
22usec=0;
23}
24}while(usec>0);
25return0;
26}
27intosal_gettimeofday(structtimeval*tv,structtimezone*tz)
28
{
29//returngettimeofday(tv,tz);
30RT_ASSERT(tv!=NULL);
31rt_uint32_ttimer_tick,rt_tick;
32rt_base_tlevel=rt_hw_interrupt_disable();
33timer_tick=ETIMER_GetCounter(5);
34rt_tick=rt_tick_get();
35rt_hw_interrupt_enable(level);
36tv->tv_sec=rt_tick/1000;
37tv->tv_usec=(rt_tick%1000)*1000+timer_tick/us_ticks;
38return0;
39}

3.2.2 oshw.c移植

不需做什么工作。


3.2.3 nicdrv.c移植

主要修改就是调用自己的网络发送和接收函数,我把它们命名为net_send和net_recv。这两个函数最好的实现是直接操作网卡(或者叫emac),我现在的实现参考了tcpdump的方法,在协议栈中加钩子(hook)实现,这样对原来系统影响最小,网口除了EtherCAT,还可以当正常的网口用。


ecx_setupnic函数中创建mutex(这个按照rt-thread格式改一下即可),安装网络钩子

ecx_closenic函数中删除mutex,卸载网络钩子。


3.2.4 net_hook.c实现


主要实现EtherCAT数据帧收发,中间加了个环形缓冲区用于接收。具体原理就是在网卡加个钩子函数,有数据来的时候先经过钩子函数,我们把EtherCAT数据帧截住,不传给原来的lwip协议栈;如果要发送数据,就直接调用发送函数,绕过lwip协议栈。这样也不影响lwip协议栈工作。


具体实现见附件。


3.2.5 some基本功能测试


采用官方的slave_info测试代码,测试主要分为时钟测试和soem EtherCAT协议栈基本功能测试。在终端中输入 soem_test + 回车即可。


我接了一个汇川IS620N驱动器,下面是输出的部分内容:

 1Slave:1
2Name:IS620N
3Outputsize:96bits
4Inputsize:224bits
5State:4
6Delay:0[ns]
7HasDC:1
8DCParentport:0
9Activeports:1.0.0.0
10Configuredaddress:1001
11Man:00100000ID:000c0108Rev:00010001
12SM0A:1000L:128F:00010026Type:1
13SM1A:1400L:128F:00010022Type:2
14SM2A:1800L:12F:00010064Type:3
15SM3A:1c00L:28F:00010020Type:4
16FMMU0Ls:00000000Ll:12Lsb:0Leb:7Ps:1800Psb:0Ty:02Act:01
17FMMU1Ls:0000000cLl:28Lsb:0Leb:7Ps:1c00Psb:0Ty:01Act:01
18FMMUfunc0:11:22:03:0
19MBXlengthwr:128rd:128MBXprotocols:04
20CoEdetails:0dFoEdetails:00EoEdetails:00SoEdetails:00
21Ebuscurrent:0[mA]
22onlyLRD/LWR:0



4. 运动控制测试


基础工作做好以后,我们就能真正的控制电机运行了。在控制电机运行之前,还需要了解CIA402相关的规范,启动伺服需要按照规范要求,按顺序来。


程序主要流程如下,具体代码见附件。


a)初始化时钟 osal_timer_init

b)初始化网卡ec_init

c)等待进入INIT态


d)初始化驱动器(is620n)ec_config_init

e)DC配置


f)申请并等待进入Pre-OP态

g)配置过程数据TxPDO/RxPDO(自定义函数process_data_config)

h)配置FMMU ec_config_map


i)申请并等待进入Safe-OP态


j)设置CSP模式

k)发送和接收过程数据1次,触发SLAVE

l)申请并等待进入OP态


m)进入过程数据收发循环


在进入数据数据收发循环后,按次序发送控制字启动伺服(6040h发送6,7和15),然后就可以不断发送新的控制位置让电机转起来了!



5. 总结


整个移植过程还是充满了挑战,主要也是因为今年才开始接触EtherCAT,很多概念是边学边用,网上也参考了不少同学的帖子。很多人反应汇川的伺服用SOEM驱动DC同步模式总是有问题,确实遇到了很多奇奇怪怪的问题。经过这两个月的折腾,总算开了个头,基础打好了。

下一步可优化的就是现在的网络移植改用直接操作emac,这样可以减少网络抖动。

附件程序里还参考本站贴子移植了uffs文件系统,编译如果有问题,可能还需要下载uffs、ramdisk、optparse和netutils包。

链接:
https://pan.baidu.com/s/1uWbiUfzX1R061OJQ5LG6OQ?pwd=wdtt
提取码: wdtt

SOEM已经提交PR #1260,等待通过。有问题可通过本帖留言或邮件联系我,大家一起改进。


版权声明:本文为RT-Thread论坛用户「lg28870983」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。


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https://club.rt-thread.org/ask/article/160414965e80294e.html


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