工业总线无所不包之 EtherCAT 总线伺服驱动器硬件方案万能之选

  • 天文科普
  • 2024年12月21日
  • 在设计EtherCAT总线伺服驱动器的硬件方案时,存在多种策略可供选择:(1)纯粹的网络驱动器,不带有脉冲、模拟信号或液晶显示等外部设备。所有指令和操作都通过EtherCAT进行。可行的解决方案包括ESC+DSP,FPGA(IP核心)+DSP或单一FPGA(软核/硬核+IP)。KPA从站协议可以加载到DSP、软核或者硬核上,而挑战在于FPGA中的IP核心与软核技术

工业总线无所不包之 EtherCAT 总线伺服驱动器硬件方案万能之选

在设计EtherCAT总线伺服驱动器的硬件方案时,存在多种策略可供选择:(1)纯粹的网络驱动器,不带有脉冲、模拟信号或液晶显示等外部设备。所有指令和操作都通过EtherCAT进行。可行的解决方案包括ESC+DSP,FPGA(IP核心)+DSP或单一FPGA(软核/硬核+IP)。KPA从站协议可以加载到DSP、软核或者硬核上,而挑战在于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难度。

(2)网络加传统驱动器。既支持EtherCAT,又兼容传统脉冲、模拟量等。适用的方案为:ESC+DSP+FPGA(CPLD),FPGA(IP核心)+DSP,ARM+ESC 主流的ESC产品包括倍福ET1100/ET1200,微芯片LAN9252,以及赫优讯Netx51/52等。此外,还有一些集成CPU及ESC功能于一体,如TIAM335X,英飞凌XMC4800,以及瑞萨RZ/T系列。

无论哪种类型的EtherCAT伺服驱动器,其重要考虑因素如下:

重要概念:

关于IP核心:从站IP核心是另一种形式的ESC,可以理解为它替代了ET1100/ET1200。这只是实现了一个从站,以处理数据链路、同步事件等硬件事件。但即使使用了IP核心来实现ESC,它仍需依赖KPA从站协议栈来完成从站通信。

关于FPGA:为了在FPGA中实现 EtherCAT 功能,我们会使用ICore方式构建 EtherCAT 功能和通讯机制。如 FMMUs, SyncManagers, DCsupport, PDI 等功能是可以配置的。

FPGA 实现方式分为两种:一种是在 FPGA 上集成 ESC 和一个软内存 uC,然后通过 FPGA 的片内总线与主机交互;另一种是在 FPGA 中仅用于 EtherCAT 功能部分,并通过 SPI 或 并口 总线连接到外部主机。而所谓“硬核”指的是比如 Xilinx 的 ZYNQ。

结论:

DSP, ARM 以及单片机如51或AVR,都属于微控制器,由这些微控制器与 ESC 构成的一台复杂从站在一起工作。在这过程中,微控制器需要执行来自主设备的心跳检测,并确保能够访问PDI接口以读取相关数据。

通常来说,无论何种形式,从站在开发过程中并不直接涉及 EtherCAT 数据帧,这个任务由 ESC 完成。在开发任何形式的小型计算机构造时,只需将小型计算机构造上的 KPA 从站协议加载至一个微控制器上,并确保该 微控制器 与 ESC 之间能够正常通信。这不管这个 ESC 是否是一个物理设备还是 IP 核心。当完成后,小型计算机构造便能通过并口/SPI 接口获得所需数据。

综上所述,无论是哪种形式的小型计算机构造,其开发过程都是独立于 EtherCAT 数据帧之外,而这些任务则被留给了具体的小型计算结构化SCM管理单元 (FieldbusMemoryManagementUnits) 以及其他相关组件负责处理。如果要做到这一点,那么必须保证 SCM 能够有效地管理所有相关信息并且提供足够快捷准确的地图信息以帮助用户导航其周围环境以避免潜在危险或障碍物而不受干扰同时保持最佳性能状态以最大程度地提高生产效率并降低成本.

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