Ethercat是高效工業(yè)以太網(wǎng)總線，基于以太網(wǎng)技術(shù)，以“飛讀飛寫”實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)同步。連接控制器與終端設(shè)備，簡(jiǎn)化布線，適配多節(jié)點(diǎn)，是高端自動(dòng)化與智能制造的重要通信方案。

?前言

EtherCAT基于以太網(wǎng)技術(shù)傳輸、具高實(shí)時(shí)性的現(xiàn)場(chǎng)通信總線。其中，主站作為網(wǎng)絡(luò)的核心控制器，承擔(dān)著發(fā)起通信、調(diào)度數(shù)據(jù)以及管理從站的重要任務(wù) —— 主站通過(guò)發(fā)送以太網(wǎng)幀遍歷所有從站，利用過(guò)程數(shù)據(jù)通道傳輸實(shí)時(shí)控制指令，并通過(guò)郵箱通道完成參數(shù)配置與診斷。雙主站架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)雙路控制或線路冗余，讓控制更加靈活，以 ZMC900E 運(yùn)動(dòng)控制器為例，便能直觀了解工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中多主站的協(xié)同控制應(yīng)用。
?多主站控制應(yīng)用需求

EtherCAT 是基于以太網(wǎng)的高性能工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，支持線型、星型、環(huán)型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論最大節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 65535 個(gè)。不過(guò)，隨著從站設(shè)備和通信數(shù)據(jù)增多，會(huì)出現(xiàn)傳輸延遲變大、刷新周期變長(zhǎng)等問(wèn)題，影響數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，設(shè)備過(guò)多也增加了維護(hù)難度，這與 CPU 主頻達(dá)到一定程度后采用多核協(xié)同設(shè)計(jì)類似。廣州致遠(yuǎn)電子推出的 ZMC900E 高性能智能總線控制器，專為工廠智能化打造。它采用嵌入式 ARM 方案，集成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與智能算法，以 EtherCAT 協(xié)議為核心，可快速構(gòu)建數(shù)控智能化設(shè)備。同時(shí)，ZMC900E 支持雙路主站協(xié)同控制，不僅能降低單路負(fù)載壓力、保證總線實(shí)時(shí)性能，還能在一路總線異常時(shí)，確保另一路正常工作，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

?多主站軟件設(shè)計(jì)

1. 主站軟件框架

ZMC900E 設(shè)備采用多核異構(gòu)架構(gòu)，配備 5 個(gè) A55 主處理器與 3 個(gè) R5 協(xié)處理器，軟件設(shè)計(jì)上運(yùn)用多核協(xié)同處理方案。主處理器負(fù)責(zé)解析數(shù)據(jù)包等核心任務(wù)，協(xié)處理器專注于硬件消抖和數(shù)據(jù)包收發(fā)，核間通過(guò)共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)交互，其架構(gòu)框架如下圖所示。

2. 雙主站實(shí)現(xiàn)

ZMC900E 搭載 R5 處理器實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)，兩路通信任務(wù)均采用實(shí)時(shí)線程與核隔離設(shè)計(jì)。核隔離技術(shù)將通信任務(wù)固定在獨(dú)立 CPU 內(nèi)核，避免多線程調(diào)度及跨核切換產(chǎn)生的微秒級(jí)時(shí)間開(kāi)銷，確保 EtherCAT 等工業(yè)總線數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性。兩路主站控制可在同一進(jìn)程或獨(dú)立進(jìn)程中運(yùn)行，用戶可按需選擇。

?多主站控制使用入門

1. 雙主站配置

ZMC900E 的 NET3 端口作為第二主站通信口，出廠時(shí)默認(rèn)為普通以太網(wǎng)口，需配置為 EtherCAT 通信口。操作步驟如下：首先通過(guò) SSH 遠(yuǎn)程連接設(shè)備，進(jìn)入后運(yùn)行指令dtbupdate 2111，接著重啟設(shè)備，重啟后輸入指令ifconfig，此時(shí)將無(wú)法看到 NET3 的網(wǎng)絡(luò)配置，如下圖所示。

2. 雙主站程序

在程序中定義主站的兩個(gè)句柄 master1 和 master2，分別使用這兩個(gè)句柄對(duì)主站進(jìn)行配置初始化，配置內(nèi)容包括網(wǎng)卡、通信網(wǎng)絡(luò)從站描述文件 (ENI)、通信周期等。接著使用 EcatSimpleStart () 接口進(jìn)行初始化，若沒(méi)有錯(cuò)誤信息，就表示主站啟動(dòng)成功，例程代碼如下圖所示。

?多主站控制產(chǎn)品選型

ZMC900E集成了商業(yè)授權(quán)的EtherCAT主站解決方案，總線周期可選為250us，500us，1ms，2ms，通過(guò)EtherCAT總線可以擴(kuò)展多達(dá)64個(gè)EtherCAT數(shù)字驅(qū)動(dòng)軸或多個(gè)EtherCAT I/O。同時(shí)支持RS485 IO模塊和EtherCAT IO模塊擴(kuò)展，為用戶提供了多軸數(shù)、多IO點(diǎn)數(shù)的高性價(jià)比自動(dòng)化解決方案。ZMC900E EtherCAT主站控制器是為設(shè)備制造商提供多軸數(shù)、多IO點(diǎn)數(shù)控制的新一代可靠智能的運(yùn)動(dòng)控制解決方案，可以廣泛應(yīng)用于注塑行業(yè)、沖壓行業(yè)、車床行業(yè)、搬運(yùn)碼垛、關(guān)節(jié)機(jī)器人、噴涂、玻璃機(jī)、壓鑄機(jī)、包裝設(shè)備、3C設(shè)備、鋰電池設(shè)備、紡織、流水線工作站、非標(biāo)自動(dòng)化裝備、特種機(jī)床等高端設(shè)備應(yīng)用。