EtherCAT总线伺服驱动器硬件方案采用canlink通讯协议让机器人控制系统运行得像灵魂附体

  • 科研进展
  • 2024年12月21日
  • 在设计EtherCAT总线伺服驱动器的硬件方案时,存在多种选择:(1)全EtherCAT解决方案,不含有脉冲、模拟信号或LCD外设。所有指令和操作都通过EtherCAT进行,可以采用ESC+DSP+FPGA(CPLD)、FPGA(IP核)+DSP或者单一FPGA(软核/硬核+IP)。KPA从站协议通常部署在DSP、软核或硬核上,挑战在于FPGA中的IP核心与软核技术以及内部高速总线的应用和调试。

EtherCAT总线伺服驱动器硬件方案采用canlink通讯协议让机器人控制系统运行得像灵魂附体

在设计EtherCAT总线伺服驱动器的硬件方案时,存在多种选择:(1)全EtherCAT解决方案,不含有脉冲、模拟信号或LCD外设。所有指令和操作都通过EtherCAT进行,可以采用ESC+DSP+FPGA(CPLD)、FPGA(IP核)+DSP或者单一FPGA(软核/硬核+IP)。KPA从站协议通常部署在DSP、软核或硬核上,挑战在于FPGA中的IP核心与软核技术以及内部高速总线的应用和调试。

(2)结合传统驱动器的解决方案,这些驱动器同时支持EtherCAT和传统脉冲、模拟信号等。可行的方案包括ESC+DSP+FPGA(CPLD)、FPGA(IP核心)+DSP以及ARM+ESC。主流的ESC产品包括倍福ET1100/ET1200、Microchip LAN9252及赫优讯Netx51/52等。此外,一些集成CPU与ESC功能的小型化板,如TI AM335X、英飞凌XMC4800及瑞萨RZ/T系列,也是常见选项。

无论采取哪种 EtherCAT 伺服驱动器配置,其关键比较如下:

重要概念:

关于IP核心:从站IP核心作为一种特殊形式的ESC,它代替了传统的ET1100/ET1200,提供数据链路处理、同步事件管理等功能。但即使使用了基于硬件实现的从站功能,只完成了接口层面的支持,软件协议仍需通过KPA从站协议栈来实现。

关于FPGA:为了在FPGA中实现 EtherCAT 功能,我们可以利用 IP Core 来构建 EtherCAT 通讯能力,并且配置 FMMUs (Fieldbus Memory Management Units)、SyncManagers, DCsupport 和 PDI 等组件。

两种 FPGA 实现方式分别是:一个是在 FPGAs 上集成 ESC 与 软件内核,然后通过片内总线与主机交互;另一种则是将 FPGA 用作专门用于 EtherCAT 功能,而通过 SPI 或 并行总线 将其连接到外部主机。

综上所述,无论是 DSP, ARM 还是单片机如 51 或 AVR,都属于微控制器的一类,由微控制器加上 ESC 组合而成的是复杂类型,从站。在开发过程中,需要确保微控制器能够正确地执行从站协议,以便读取来自 ESC 的相关数据。此外,无论何种形式的 ESC 都不涉及 EtherCAT 数据帧的问题,该任务由 ESC 自己完成。而对于 从站 的开发,只需在一个微控制器上加载相应协议,并确保该设备能正确通信以适配 μC 与 ESP 之间沟通需求,不管该 ESP 是物理实体还是 IP 核心。

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