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

tdatd

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

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；

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。

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。

我安装的ssc tool直接双击 xmc4800_relax.esp可以打开 这个协议栈配置。

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。

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。

这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

建立twincat工程后，在方案管理器I/O 右键，添加新项：

选择ethercat Master ,ok

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。

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。

在方案管理器device主站，右键，scan，，查找从站设备，

可以看到，scan到一个box 1 ，搜索到了一个从站设备。

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。

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。

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，

、

对应的开发板的led输出指示状态。：

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。

littleshrimp

不能关机会不会和网卡唤醒有关？

flyword

楼主用的SSC tool工具是什么版本的？5.1.11？有5.12吗？

tdatd

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。

tdatd

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。

flyword

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。

MicrochipAlan

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

yclfoxconn

写得很好啊

pfg20999

学习了