EtherCAT总线伺服驱动器硬件方案采用can通信协议实现了极致的实时性和可靠性让你的工业自动化系

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  • 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、模拟量或显示屏等外围设备。所有指令和操作都通过EtherCAT总线进行,可以采用ESC+DSP+FPGA(CPLD)、FPGA(IP核)+DSP或单一FPGA(软核/硬核+IP)的组合。KPA从站协议通常被加载到DSP、软核或者硬核上,其中FPGA的IP核心与软核技术

EtherCAT总线伺服驱动器硬件方案采用can通信协议实现了极致的实时性和可靠性让你的工业自动化系

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、模拟量或显示屏等外围设备。所有指令和操作都通过EtherCAT总线进行,可以采用ESC+DSP+FPGA(CPLD)、FPGA(IP核)+DSP或单一FPGA(软核/硬核+IP)的组合。KPA从站协议通常被加载到DSP、软核或者硬核上,其中FPGA的IP核心与软核技术、内部高速总线应用以及调试工作是挑战性的。(2)结合传统驱动器的方案,这些驱动器同时支持 EtherCAT 和传统的脉冲、模拟量等通信方式,可选用ESC+DSP+FPGA(CPLD)、FPGA(IP核心)+DSP或ARM+ESC组合。主流的ESC芯片包括倍福ET1100/ET1200,微芯片LAN9252,以及赫优讯Netx51/52等。

此外,还有一些集成CPU与ESC功能于一体的平台,如TIAM335X,英飞凌XMC4800,以及瑞萨RZ/T系列。此类解决方案无论采取哪一种形式,其关键比对如下:

重要概念:

关于IP核心:从站IP核心作为一种特殊类型的ESC,它代替了传统的ET1100/ET1200 ESC芯片。在实现了数据链路处理和同步事件管理后,只完成了基本接口功能,并未包含完整协议栈,因此仍需依赖KPA从站协议来完成实际通信。

关于FPGA:为了在FPGA中实现EtherCAT功能,我们使用ICore来构建必要组件如FieldbusMemoryManagementUnits (现场总线内存管理单元)、SyncManagers, DCsupport, PDI这几个配置项。

两种常见FPGA实现方法分别是:第一种是在一个集成了ESC和软内核uP的小型化系统中利用内部高速总线进行交互;第二种则是将主要 EtherCAT 功能部署在 FPGA 上,然后通过SPI 或并行接口与外部主机连接,而非使用 FMMUs 的硬件加速。如果我们讨论的是带有 ZYNQ 类型 FPGA 硬内核的话,那么这种区分变得尤为明显。

综上所述,无论是 DSP,ARM 还是 51 或 AVR 单片机,他们都是微控制器的一部分,由这些微控制器及其相应 ESC 组件共同构成复杂从站。这意味着必须确保这些 microcontroller 与 ESC 之间能够顺畅地交换信息并遵循正确的从站协议,以便能够访问来自 ESP 的相关数据。对于任何从站开发而言,与 EtherCAT 数据帧无关的事宜完全由 ESC 处理。而我们的任务仅限于在一个 microcontroller 上加载适当的人工智能,从而完善其与 ESC 之间通信机制及适配性调整,无论该 ESC 是物理实体还是 IP 核心形式都是一致之处。