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[分享] 【 XMC4800 Relax EtherCAT Kit测评】基于XMC4800平台的Ethercat从站机器人扩展模块

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一粒金砂(中级)

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发表于 2019-1-29 16:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 tdatd 于 2019-1-29 16:41 编辑

一背景
    EtherCAT是倍福公司提出的一种高速实时工业以太网现场总线,倍福公司提供数据链路层和物理层的实现,一般需采用定制的专用芯片。通常需要ETHERCAT主站和从站构成一个ETHERCAT网络。主站的实现方案有x86,arm,fpga等可以实现。目前可以基于windows平台的twincat 进行主站的开发,且twintcat可支持非常多的网卡。或者在linux下实现主站方案,可基于arm或者x86平台,通常需要打实时内核补丁,有德国方案公司提供主站的方案,license大概在10几万美元。或者直接采用倍福的ethercat的PLC作为主站开发。从站方面,目前能提供从站方案的除了倍福的et1100 1200等,还有microchip的lan9252系列,单芯片支持2路ethercat接口,但是需要外部的处理器通过spi接口等进行控制。  我们本项目采用英飞凌的xmc4800系列,单芯片内部集成 arm cortexM4内核的高性能mcu以及ethercat接口,配合dave强大的ide开发环境,可以更方便的进行基于ethercat从站设备的开发。
   在机器人领域,目前主要的总线有canopen,ethercat,powlink等。随着工业现场接驳设备的增加,通信数据量的加大,对工业总线的数据吞吐率,实时性,有了更多的需求。通常canopen最高的通信速度只有1Mbps,相比以太网百Mbps的带宽,在总线数据量大的情况下,can总线凸显出了瓶颈。目前ethercat在国内具有很广泛的应用前景。我将实现一个基于XMC4800平台的Ethercat从站机器人IO扩展模块。扩展模块在工业现场链接多个传感器和io输入输入节点,通过ethercat总线,可以保证所有io状态可以实时上传到主控制器,相应更加及时。
二 。实现目标
1.实现ethercat从站通信协议栈;
2.搭建twincat上位机开发系统;
3.通过twincat可以控制从站的输出DOUT;
4.通过twincat可以读取从站的输入DIN;

通常一个总线IO模块需要至少8个输入,8个输入,由于relax板卡的资源,2路按键作为输入,8路led作为了输出进行演示。
三 开发平台
1.mxc4800 relax开发板;
2.vs2010,twincat3.1;
3.网线、micro USB下载线等;
4.dave开发平台;
5.ssc(slave stack code)软件;

四,具体步骤分享。
熟悉板载的资源,网络接口,输入输入管脚,按键 led灯等;
a原理图.png

按之前的评测,下载infineon eep软件包,打开dave,导入工程。在工程集成了ssc也就是ethercat的协议栈部分,这个协议栈需要安装ssctool,而这个ssc tool需要加入ETG (ethercat)组织才行,我发了邮件,但是没用响应,只要自行在网上下载了一个。
00工程试图.png

我们打开xmc4800_relax.xlsx ,对用到的di dout资源进行编辑,在后面,可以通过ssc tool程序生成主站需要用到的配置文件,主站通过配置文件来识别从站的配置。
00project.png
我安装的ssc tool直接双击 xmc4800_relax.esp可以打开 这个协议栈配置。
00eopen协议栈.png

点击tool\APPLICATION\IMPORT可以导入mxc4800_relax.xlsx,导入了刚才修改的配置,然后点击project /creat new stack file,配置i生成血站的目录和配置文件的目录。
0导入excel.png 00生成协议栈.png

在xmc4800_relax.c中修改
void APPL_InputMapping(UINT16* pData)
{
        memcpy(pData,&(((UINT16 *)&Button0x6000)[1]),SIZEOF(Button0x6000)-2);
}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/**
\param      pData  pointer to output process data

\brief    This function will copies the outputs from the ESC memory to the local memory
            to the hardware
*////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void APPL_OutputMapping(UINT16* pData)
{
        memcpy(&(((UINT16 *)&LED0x7000)[1]),pData,SIZEOF(LED0x7000)-2);
}

还有
/**
\brief    ECAT_Application (prev. SSC versions "COE_Application")
this function calculates and the physical process signals and triggers the input mapping
*////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void ECAT_Application(void)
{
    {
        APPL_Application();
    }
/* PDO Input mapping is called from the specific trigger ISR */
}

并  实现process_app函数

void APPL_Application(void)
{
        if(LED0x7000.LED1)
                PORT1->OMR = 0x40000000;
        else
                PORT1->OMR = 0x00004000;

        if(LED0x7000.LED2)
                PORT0->OMR = 0x40000000;
        else
                PORT0->OMR = 0x00004000;

        if(LED0x7000.LED3)
                PORT3->OMR = 0x40000000;
        else
                PORT3->OMR = 0x00004000;

        if(LED0x7000.LED4)
                PORT0->OMR = 0x80000000;
        else
                PORT0->OMR = 0x00008000;

        if(LED0x7000.LED5)
                PORT1->OMR = 0x00040000;
        else
                PORT1->OMR = 0x00000004;

        if(LED0x7000.LED6)
                PORT3->OMR = 0x20000000;
        else
                PORT3->OMR = 0x00002000;

        if(LED0x7000.LED7)
                PORT5->OMR = 0x00080000;
        else
                PORT5->OMR = 0x00000008;

        if(LED0x7000.LED8)
                PORT3->OMR = 0x08000000;
        else
                PORT3->OMR = 0x00000800;

        if(PORT15->IN & PORT15_OUT_P13_Msk)
                Button0x6000.Button1 = TRUE;
        else
                Button0x6000.Button1 = FALSE;

        if(PORT15->IN & PORT15_OUT_P12_Msk)
                Button0x6000.Button2 = TRUE;
        else
                Button0x6000.Button2 = FALSE;
}
应用realx开发板板载的key和led 模拟基本的din和dout功能。

在main中进行初始化
int main(void)
{
        UINT16 init_result; // Init Result from SSC
        uint32_t button1pressed = 0, button2pressed = 0;
        uint32_t * pTmpData = (uint32_t *) &aEepromData[0];

    /* Initialize EEPROM  */
        init_result = XMC_FEE_Init();

         if (xmc_fee_sector_info.flash_data_addr == XMC_FEE_EMPTY)
              {
                  /* first setup, prepare the default config out of the SSC for EEPROM */
                  XMC_FEE_WriteArray(0U,aEepromData,2040);
                  /* Program the RAM contents to Emulated EEPROM*/
                  XMC_FEE_UpdateFlashContents();
              }
         else
         {

                /* Read the latest contents from EEPROM
                * As per this example the data should match the latest written values
                * (First 0 - 256 bytes =  0xAA   and   Last (256 to 504)bytes  =  0x55)
                */
                XMC_FEE_ReadArray(0U,aEepromData,2040);
                // reload ECAT config before Init
         }

        EEPROMcont.confdata0 = (uint32_t)* pTmpData++;
        EEPROMcont.confdata1 = (uint32_t)* pTmpData++;
        EEPROMcont.confdata2 = (uint32_t)* pTmpData++;
        EEPROMcont.confdata3 = (uint32_t)* pTmpData++;

#ifdef RELAX
        ECAT0_Init(&ECAT_0_LQFP144_Relax_V09);

        Init_ECAT_Adapt_LED ();
        Clear_ECAT_Adapt_LED ();
        Init_Relax_Button();
#else

        ECAT0_Init(&ECAT_0_LFABG196_VDB);
#endif

ethercat从站主要的处理过程都是在mainLoop里,

while(1)
        {
          // remember when button has been pressed
          if (!XMC_GPIO_GetInput(BUTTON1)) button1pressed = 1;
          if (!XMC_GPIO_GetInput(BUTTON2)) button2pressed = 1;

                // EtherCAT Main loop
            MainLoop();

                // toggle LED1 on release of button1
            if (XMC_GPIO_GetInput(BUTTON1) && button1pressed)
            {
              button1pressed = 0;
              XMC_GPIO_ToggleOutput(LED1);
            }
            // toggle LED2 on release of button2
            if (XMC_GPIO_GetInput(BUTTON2) && button2pressed)
            {
              button2pressed = 0;
              XMC_GPIO_ToggleOutput(LED2);
            }
        }

在ecatappl.c中实现mainloop函数

void MainLoop(void)
{
    /*return if initialization not finished */
    if(bInitFinished == FALSE)
        return;



        /* FreeRun-Mode:  bEscIntEnabled = FALSE, bDcSyncActive = FALSE
           Synchron-Mode: bEscIntEnabled = TRUE, bDcSyncActive = FALSE
           DC-Mode:       bEscIntEnabled = TRUE, bDcSyncActive = TRUE */
        if (
            (!bEscIntEnabled || !bEcatFirstOutputsReceived)     /* SM-Synchronous, but not SM-event received */
          && !bDcSyncActive                                               /* DC-Synchronous */
            )
        {
            /* if the application is running in ECAT Synchron Mode the function ECAT_Application is called
               from the ESC interrupt routine (in mcihw.c or spihw.c),
               in ECAT Synchron Mode it should be additionally checked, if the SM-event is received
               at least once (bEcatFirstOutputsReceived = 1), otherwise no interrupt is generated
               and the function ECAT_Application has to be called here (with interrupts disabled,
               because the SM-event could be generated while executing ECAT_Application) */
            if ( !bEscIntEnabled )
            {
                /* application is running in ECAT FreeRun Mode,
                   first we have to check, if outputs were received */
                UINT16 ALEvent = HW_GetALEventRegister();
                ALEvent = SWAPWORD(ALEvent);

                if ( ALEvent & PROCESS_OUTPUT_EVENT )
                {
                    /* set the flag for the state machine behaviour */
                    bEcatFirstOutputsReceived = TRUE;
                    if ( bEcatOutputUpdateRunning )
                    {
                        /* update the outputs */
                        PDO_OutputMapping();
                    }
                }
                else if ( nPdOutputSize == 0 )
                {
                    /* if no outputs are transmitted, the watchdog must be reset, when the inputs were read */
                    if ( ALEvent & PROCESS_INPUT_EVENT )
                    {
                        /* Outputs were updated, set flag for watchdog monitoring */
                        bEcatFirstOutputsReceived = TRUE;
                    }
                }
            }

            DISABLE_ESC_INT();
            ECAT_Application();

            if ( bEcatInputUpdateRunning )
            {
                /* EtherCAT slave is at least in SAFE-OPERATIONAL, update inputs */
                PDO_InputMapping();
            }
            ENABLE_ESC_INT();
        }

        /* there is no interrupt routine for the hardware timer so check the timer register if the desired cycle elapsed*/
        {
            UINT32 CurTimer = (UINT32)HW_GetTimer();

            if(CurTimer>= ECAT_TIMER_INC_P_MS)
            {
                ECAT_CheckTimer();

                HW_ClearTimer();
            }
        }

        /* call EtherCAT functions */
        ECAT_Main();

        /* call lower prior application part */
       COE_Main();
       CheckIfEcatError();

}


好了以上编译,ok后下载到开发板中,下面开始主站的配置。

里需要注意的是工程中的xml配置文件需要复制到TwinCAT3安装目录的配置文件夹下,D:\TwinCAT\3.1\Config\Io\EtherCAT

需要去倍福网站下载twincat3。1版本。注册id后即可下载,安装twincat需要电脑中有vs环境,twincat使用的vs的界面作为壳子,我安装的是vs2010,也是好用的。

在这里我还想请假大家一个问题,我安装的twincat 网卡后, 导致我的win10 64位系统无法正常关机,关机后风扇还在一直转,待机后也无法启动起来,只能强制关机再开启。这个问题困扰了我好久,就差重装系统了,其实也花了好几个小时升级win10到最新,后来才逐渐定位到是twincat兼容网卡导致的问题,有了解的朋友也请指点一下。

打开vs(twincat),点文件、新建、项目,在模板里选择twincat工程
1新建.png

建立twincat工程后,在方案管理器I/O 右键,添加新项:
2新建项目.png

选择ethercat Master ,ok
3新建主站.png

双击device,会抬出配置i界面,需要给网卡安装ethercat驱动。在adapter标签下,点compatible devices,会列出系统里的网卡,选中你需要的ethercat网卡后,点击install,通常即可安装完毕。
4安装网卡.png
安装完成后,在adapter标签下,点击search,可以搜索到刚才的主站网卡。点击ok。
4设置主站.png

在方案管理器device主站,右键,scan,,查找从站设备,
5右键scan.png

可以看到,scan到一个box 1 ,搜索到了一个从站设备。
6scan后.png
7scan到设备.png

现在双击box1,可以看到从站出在preop预操作的状态,可以切换其他标签可以看到发送帧、同步时钟等状态信息。
8遇操作状态.png
9从站的状态.png


在twincat中,点击twincat,reload device,从站进入op模式,可以和主站通信,正常工作了,下面通过twincat主站来控制从站的din,dout。

我们在方案管理器里右键点击din,按键模拟输入DIN状态,可以看到twinca显示实时状态信息,
目前还不清楚具体的抖动和延迟,我相信这个应该是在1ms以内的实时数据,这就是ethercat总线的魅力。
10 DINREAD.png

在方案管理里 双击 从站,dout 标签。我们映射了8个dout输出端口,在每一个dout上右键,可以写入1或0,来输出dout的状态,
11DOUT.png

对应的开发板的led输出指示状态。:
ZZ拍照片.jpg




小结: 通过最近的测评和学习,对英飞凌的xmc4800平台有了初步的认识和了解,配合dave开发环境的强大功能,不得不赞叹现在科技的发展迅速,可以飞速的搭建起基本的框架,而开发人员可集中精力做业务相关部分。单芯片集成ethercat接口和mcu内核的应用中,xmc4800可以有效的降低bom器件的数量,提高集成度,使产品具有更高的竞争力。

本次活动中,得到了eeworld管理员@okhxyyo和网友的的鼎立支持,一并表示感谢。  年终岁尾,时间紧迫,杂事繁多,测试难免有些仓促和不足,还请多多体谅,ethercat从站是个复杂的工程,谨以这个相对简单的IO扩展模块作为结项报告,期待有大牛可以实现伺服协议等高级功能。  算起来至少也得有1,2个多礼拜的时间玩起来这套demo,  年龄大了头晕目眩写测评,祝大家新春快乐。


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版主

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发表于 2019-1-29 17:52 来自手机 | 显示全部楼层
不能关机会不会和网卡唤醒有关?

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你提醒我,我把网卡唤醒关闭了,也还是不行。这个问题困扰我好久了, 我电脑的t460.不知道怎么办。  详情 回复 发表于 2019-1-30 07:48


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一粒金砂(高级)

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发表于 2019-1-29 19:11 | 显示全部楼层
楼主用的SSC tool工具是什么版本的?5.1.11?有5.12吗?

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我下载的是5.11,在启动的时候提醒能更新,好像是更新协议栈,我也没更新。  详情 回复 发表于 2019-1-30 07:49


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2019-1-30 07:48 | 显示全部楼层
littleshrimp 发表于 2019-1-29 17:52
不能关机会不会和网卡唤醒有关?

你提醒我,我把网卡唤醒关闭了,也还是不行。这个问题困扰我好久了, 我电脑的t460.不知道怎么办。


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2019-1-30 07:49 | 显示全部楼层
flyword 发表于 2019-1-29 19:11
楼主用的SSC tool工具是什么版本的?5.1.11?有5.12吗?

我下载的是5.11,在启动的时候提醒能更新,好像是更新协议栈,我也没更新。

点评

我也用的11版本,没有提示我更新,可能是网络问题吧。  详情 回复 发表于 2019-1-30 08:22


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一粒金砂(高级)

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发表于 2019-1-30 08:22 | 显示全部楼层
tdatd 发表于 2019-1-30 07:49
我下载的是5.11,在启动的时候提醒能更新,好像是更新协议栈,我也没更新。

我也用的11版本,没有提示我更新,可能是网络问题吧。


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一粒金砂(初级)

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发表于 2019-2-26 16:02 | 显示全部楼层
楼主哪家公司呢,方便留个联系方式吗?我是microchip代理商,目前合信,同川都是我客户,LAN9252 ,KSZ8081这些都做开了,看看有没有机会合作。 我QQ   3025038574


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一粒金砂(初级)

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发表于 2019-3-22 17:02 | 显示全部楼层
写得很好啊


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