基于AM3358处理器的EtherCAT主站研究与实现

【摘要】：面对不断扩大的生产规模、日益复杂的生产工艺。传统的工业总线如WorldFip、CC-Link(ControlCommunication Link)、CAN(Controller Area Network)、Devicenet等已无法满足现代化工业生产需求。Ether CAT(Ethernet for Control Automation Technology)作为目前最高速的工业现场总线网络。由于其高带宽利用率,低堆栈延迟、低交换机延迟,使用简单等优点,近些年被广泛应用在智能机器人、高速数控机床等运动控制中。因此深入研究EtherCAT协议,开发、扩展EtherCAT功能,对于实现工业复杂网络的建立,以实现大数据的快速采集有及其重要的意义。但是目前EtherCAT仍处于发展初期,一些功能不太完善,需要不断开发新型功能以适应不断发展的工业生产。该文对EtherCAT协议的开发主要做了以下研究工作:(1)设计主站与主站之间通信新协议为满足EtherCAT主站与主站之间的通信,进一步扩展EtherCAT组网功能,在不影响原有主站与从站通信功能情况下,设计了支持主站与主站之间通信的新协议,扩充IgH开源驱动功能,在AM3358处理器硬件平台上实现了EtherCAT主站与主站的通信。该文分别在实时RT-Preempt Linux系统和原生Linux系统中对设计方案进行测试,结果表明该方案运行稳定且可以满足主从、主主之间相互通信,满足了工业组网需求。(2)提出解决EtherCAT主站协议栈热插拔问题的方法针对EtherCAT主站协议栈无法在线更换损坏从站、无法在线增加从站模块的问题,提出了一种解决EtherCAT主站协议栈热插拔问题的方法。实验设计基于Xenomai硬实时操作系统,通过在内核层扩充原生IgH开源驱动、在应用层设计EtherCAT数据处理构架,实现了EtherCAT热插拔功能。实验结果表明,该方法打破了之前EtherCAT主站协议栈只能依靠冗余来保证系统稳定的设计方案,由于整个设计方案基于软件实现无需额外硬件支持,因此这方案可为企业生产降低生产成本,同时也为企业生产规模的扩展提供了更多的选择。