強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750

MotionRT750是正運動技術(shù)首家自主自研的x86架構(gòu)Windows系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)下獨占確定CPU的強實時運動控制內(nèi)核。

該方案采用獨占確定CPU內(nèi)核技術(shù)實現(xiàn)超強性能的強實時運動控制。它將核心的運動控制、機器人算法、數(shù)控（CNC）及機器視覺等強實時的任務(wù)，集中運行在1-2個專用CPU核上。與此同時，其余CPU核則專注于處理Windows/Linux相關(guān)的非實時任務(wù)。

此外集成MotionRT750 Runtime實時層與操作系統(tǒng)非實時層，并利用高速共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互，顯著提升了運動控制與上層應(yīng)用間的通信效率及函數(shù)執(zhí)行速度，最終實現(xiàn)更穩(wěn)定、更高效的智能裝備控制，確保了運動控制任務(wù)的絕對實時性與系統(tǒng)穩(wěn)定性，特別適用于半導(dǎo)體、電子裝備等高速高精的應(yīng)用場合。

MotionRT750應(yīng)用優(yōu)勢：

1.跨平臺兼容性：支持Windows/Linux系統(tǒng)，適配不同等級CPU。

2.開發(fā)靈活性：提供多語言編程接口，便于二次開發(fā)與功能定制。

3.實時性提升：通過CPU內(nèi)核獨占機制與高效LOCAL接口，實現(xiàn)2-3us指令交互周期，較傳統(tǒng)PCI/PCIe方案提速近20倍。

4.擴展能力強化：多卡多EtherCAT通道架構(gòu)支持254軸運動控制及500usEtherCAT周期。

5.系統(tǒng)穩(wěn)定性：32軸125usEtherCAT冗余架構(gòu)消除單點故障風(fēng)險，保障連續(xù)生產(chǎn)。

6.安全可靠性：不懼Windows系統(tǒng)崩潰影響，藍屏?xí)r仍可維持急停與安全停機功能有效，確保產(chǎn)線安全運行。

7.功能擴展性：實時內(nèi)核支持C語言程序開發(fā)，方便功能拓展與實時代碼提升效率。

MotionRT750視頻介紹可點擊→正運動強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750。

更多關(guān)于MotionRT750的詳情介紹與使用點擊→強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(一)：驅(qū)動安裝、內(nèi)核配置與使用。

超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE6032H

XPCIE6032H運動控制卡集成6路獨立EtherCAT主站接口。整卡最高可支持254軸運動控制；125usEtherCAT通訊周期時，兩個端口配置冗余最高可支持32軸運動控制。6個EtherCAT主站各通道獨立工作，多EtherCAT主站互不影響。

XPCIE6032H視頻介紹可點擊全球首創(chuàng)！PCIe 6路高性能EtherCAT運動控制卡XPCIE6032H。

XPCIE6032H運動控制卡面向半導(dǎo)體設(shè)備、精密3C電子、生物醫(yī)療儀器、新能源裝備、人形機器人及激光加工等高速高精場景，為固晶機、貼片機、分選機、鋰電切疊一體機、高速異形插件設(shè)備等自動化裝備提供核心運動控制支持。

XPCIE6032H硬件特性：

1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機性能與實時性足夠)。

2.板卡集成6路獨立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運動控制。

3.搭載運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。

4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升了10-100倍以上。

5.板載16路高速輸入，16路高速輸出。

6.板載4路高速鎖存，4路通用PWM輸出。

更多關(guān)于XPCIE6032H的詳情介紹與使用點擊→全球首創(chuàng)！PCIe超實時6通道EtherCAT運動控制卡上市！。

超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE2032H

XPCIE2032H集成2路獨立EtherCAT接口。整卡最高可支持至254軸運動控制；125usEtherCAT通訊周期時，單接口最高可支持32軸運動控制。2個EtherCAT主站各通道獨立工作，多EtherCAT主站互不影響。

雙EtherCAT主站端口可任意設(shè)置為以下通道，且兩個端口也設(shè)置為不同類型通道:

● 高速通道 - EtherCAT通訊周期125us

● 常規(guī)通道 - EtherCAT通訊周期250us-8ms

XPCIE2032H視頻介紹可點擊→高速高精運動控制！PCIe超實時2通道EtherCAT運動控制卡上市！。

XPCIE2032H硬件特性：

1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機性能與實時性足夠)。

2.板卡集成2路獨立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運動控制。

3.搭載運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。

4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升了10-100倍以上。

5.板載8路高速輸入，16路高速輸出。

6.板載4路高速鎖存，4路通用PWM輸出。

更多關(guān)于XPCIE2032H的詳情介紹與使用點擊→高速高精運動控制！PCIe超實時2通道EtherCAT運動控制卡上市！。

超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE1032H

XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT總線運動控制卡，可選6-64軸運動控制，支持多路高速數(shù)字輸入輸出，可輕松實現(xiàn)多軸同步控制和高速數(shù)據(jù)傳輸。

XPCIE1032H視頻介紹可點擊→高性能PCIe EtherCAT運動控制卡 | XPCIE1032H。

XPCIE1032H運動控制卡集成了強大的運動控制功能，結(jié)合MotionRT7運動控制實時軟核，解決了高速高精應(yīng)用中，PC Windows開發(fā)的非實時痛點，指令交互速度比傳統(tǒng)的PCI/PCIe快10倍。

XPCIE1032H硬件特性：

1.6-64軸EtherCAT總線+脈沖可選，其中4路單端500KHz脈沖輸出。

2.16軸EtherCAT同步周期500us，支持多卡聯(lián)動。

3.板載16點通用輸入，16點通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出。

4.通過EtherCAT總線，可擴展到512個隔離輸入或輸出口。

5.支持PWM輸出、精準輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等。

6.支持直線插補、圓弧插補、連續(xù)軌跡加工（速度前瞻）。

7.支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸、螺距補償?shù)裙δ堋?/p>

8.支持30+機械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP...

更多關(guān)于XPCIE1032H詳情點擊“不止10倍提速！PCIe EtherCAT實時運動控制卡XPCIE1032H 等您評測！”查看。

1、Qt進行MotionRT750項目的創(chuàng)建與開發(fā)

本案例開發(fā)環(huán)境是Visual Studio 2022 QT，Qt6.8.2，若使用Qtcreator開發(fā)，可跳過第一點。

在Visual Studio 2022上配置Qt的開發(fā)環(huán)境

1.點擊Visual Studio上方工具欄的擴展→管理擴展。

2.如圖，在瀏覽中搜索Qt，點擊安裝開始下載Qt Visual Studio Tools插件。

3.再次打開Visual Studio，進入Qt Versions。

4.點擊Add添加Qt版本。

5.選中條目之后點擊...去找到qmake.exe文件的位置。

6.下圖標(biāo)識了6.8.2版本的qmake文件在Qt安裝目錄中的相對位置，不同版本的qmake文件的相對位置規(guī)律是一樣的，可以參考這個來確定。

7.隨后使用同樣的方法添加你下載的所有（MSVC）版本即可，添加完之后點擊確定完成插件的設(shè)置。

開始新建VS Qt項目運行

1.新建項目。

2.在搜索框輸入Qt可以查看插件為我們提供的所有VS Qt項目模板，一般我們選擇Qt Widgets Application模板即可，選擇后點擊下一步。

3.輸入項目的名稱、位置、解決方案名稱等信息后點擊創(chuàng)建，上述信息一定不要包含中文、空格、特殊字符等，否則后續(xù)會報錯。

4.點擊next。

5.將庫文件放入x64/debug中。

6.右鍵Header Files→添加→現(xiàn)有項，把zauxdll.h和zmotion.h添加進Header Files目錄。

7.進入界面設(shè)計的代碼編輯界面，添加頭文件#include"../x64/Debug/zauxdll2.h"。

8.在界面設(shè)計的頭文件里聲明控制器句柄g_handle。

新項目建立完成，可以進行Qt界面開發(fā)。

2、相關(guān)函數(shù)介紹

1.PC函數(shù)手冊可在光盤資料查看，具體路徑如下。

3、相關(guān)測試代碼介紹

本次指令交互速度測試使用三種型號的控制器對比測試，以下測試為正運動實驗室測試數(shù)據(jù)，與配置的電腦與程序代碼等有關(guān)系，以下測試數(shù)據(jù)僅供客戶參考?？蛻艟唧w項目以客戶實際測試環(huán)境為準。

以下正運動實驗室測試為：XPCIE1032H（需搭配MotionRT750使用）、PCIE464、ZMC432-V2，MotionRT750可以通過LOCAL和網(wǎng)口方式連接，故本次MotionRT750測試使用LOCAL和網(wǎng)口兩種方式進行測試。

1.XPCIE1032H型號運動控制卡使用MotionRT750的LOCAL、網(wǎng)口連接方式測試。

2.ZMC432-V2型號運動控制器使用網(wǎng)口連接方式測試。

3.PCIE464型號運動控制卡使用PCI的連接方式測試。

4.相關(guān)測試代碼如下。

①MotionRT750通過LOCAL連接按鈕的事件處理函數(shù)，調(diào)用函數(shù)ZAux_FastOpen()，選擇連接類型5去連接控制卡（LOCAL連接方式）。

voidMainWindow::fun2() { ctype =5; } voidMainWindow::on_btn_open_clicked() { int32 iresult; char* tmp_buff =newchar[16]; QString str; QString str_title; str = ui->comboBox->currentText(); QByteArray ba = str.toLatin1(); tmp_buff = ba.data(); if(0!= g_handle) { ZAux_Close(g_handle); killTimer(m_nTimerId); } iresult =ZAux_FastOpen(ctype,tmp_buff,1000,&g_handle); if(0!= iresult) { QMessageBox::warning(this,"提示","連接失敗"); } else { QMessageBox::warning(this,"提示","連接成功"); str_title =windowTitle() + tmp_buff; setWindowTitle(str_title); m_nTimerId =startTimer(10); up_State(); } }

②MotionRT750和ZMC432-V2型號控制器通過網(wǎng)口連接按鈕的事件處理函數(shù)，調(diào)用函數(shù)ZAux_OpenEth()去連接控制器，連接類型為2，且把掃描到的IP地址添加到comboBox條目（網(wǎng)口連接方式）。

voidMainWindow::fun3() { ctype =2; ui->comboBox->clear(); ui->comboBox->addItem("127.0.0.1"); char* ip =newchar[10240]; ZAux_SearchEthlist(ip,10230,200); QStringips(ip); QStringList iplist = ips.split(' '); qDebug() comboBox->addItems(iplist); } voidMainWindow::on_btn_open_clicked() { int32 iresult; char* tmp_buff =newchar[16]; QString str; QString str_title; str = ui->comboBox->currentText(); QByteArray ba = str.toLatin1(); tmp_buff = ba.data(); qDebug()

③PCIE464型號控制卡通過PCI連接按鈕的事件處理函數(shù)，調(diào)用函數(shù)ZAux_FastOpen()，選擇連接類型4去連接控制卡（PCI連接方式）。

voidMainWindow::fun1() { ctype =4; } voidMainWindow::on_btn_open_clicked() { int32 iresult; char* tmp_buff =newchar[16]; QString str; QString str_title; str = ui->comboBox->currentText(); QByteArray ba = str.toLatin1(); tmp_buff = ba.data(); if(0!= g_handle) { ZAux_Close(g_handle); killTimer(m_nTimerId); } iresult =ZAux_FastOpen(ctype,tmp_buff,1000,&g_handle); if(0!= iresult) { QMessageBox::warning(this,"提示","連接失敗"); } else { QMessageBox::warning(this,"提示","連接成功"); str_title =windowTitle() + tmp_buff; setWindowTitle(str_title); m_nTimerId =startTimer(10); up_State(); } }

④通過單條指令交互周期的測試按鈕的事件處理函數(shù)來計算單條指令的交互平均耗時和總耗時。

voidMainWindow::handle_single_command_read_position() { floatdpos=0; inttestNum=ui->test_num->text().toInt();// 從 QComboBox 獲取測試次數(shù) // 使用 QElapsedTimer 測量時間 QElapsedTimer timer; timer.start(); for(inti=0; i < testNum; i++) ? ? { ? ? ? ??// 進行 n 次單指令交互 ? ? ? ? ZAux_Direct_GetDpos(g_handle,?0, &dpos); ? ? } ? ??// 獲取總耗時（納秒） ? ??qint64?totalNanoseconds?=?timer.nsecsElapsed(); ? ??// 將納秒轉(zhuǎn)換為毫秒，并保留小數(shù)點后6位 ? ??double?totalMilliseconds?=?static_cast(totalNanoseconds) /1000000.0; QStringtotalTimeString=QString::number(totalMilliseconds,'f',6); // 更新 UI // 總耗時 (ms)，保留小數(shù)點后六位 ui->single_totaltime->setText(totalTimeString); // 計算平均耗時（微秒），保留小數(shù)點后六位 doubleaverageMicroseconds=(totalMilliseconds *1000.0) / testNum; QStringaverageTimeString=QString::number(averageMicroseconds,'f',6); ui->single_time->setText(averageTimeString); }

⑤通過多條指令交互周期的測試按鈕的事件處理函數(shù)來計算多條指令的交互平均耗時和總耗時。

voidMainWindow::handle_multiple_commands() { // 獲取測試次數(shù) inttestNum=ui->test_num->text().toInt(); QStringcmd="?dpos(0),dpos(1),dpos(2),dpos(3),axisstatus(0),axisstatus(1),axisstatus(2),axisstatus(3),in(0),in(1),in(2),in(3)"; QString cmdBuff; intstar=0; QStringList arrS; // 使用 QElapsedTimer 記錄時間 QElapsedTimer timer; timer.start(); for(inti=0; i < testNum; i++) ? ? { ?? ? ? ??// 創(chuàng)建一個足夠大的緩沖區(qū)來存儲返回的命令結(jié)果 ? ? ? ??char?buffer[2048]; ? ? ? ? const?char* cmdCStr = cmd.toStdString().c_str(); ? ? ? ??int?result?=?ZAux_DirectCommand(g_handle, cmdCStr, buffer, sizeof(buffer)); ? ? ? ??// 將返回的結(jié)果追加到 cmdBuff 中 ? ? ? ? cmdBuff += QString::fromUtf8(buffer); ? ? } ? ??// 獲取總耗時（納秒） ? ??qint64?totalNanoseconds?=?timer.nsecsElapsed(); ? ??// 將納秒轉(zhuǎn)換為毫秒，并保留小數(shù)點后6位 ? ??double?totalMilliseconds?=?static_cast(totalNanoseconds) /1000000.0; QStringtotalTimeString=QString::number(totalMilliseconds,'f',6); // 更新 UI // 總耗時 (ms)，保留小數(shù)點后六位 ui->Multiple_totaltime->setText(totalTimeString); // 計算平均耗時（微秒），保留小數(shù)點后六位 doubleaverageMicroseconds=(totalMilliseconds *1000.0) / testNum; QStringaverageTimeString=QString::number(averageMicroseconds,'f',6); ui->Multiple_time->setText(averageTimeString); // 處理返回的字符串 QStringListresponseList=cmdBuff.split('t'); for(const QString& item : responseList) { arrS.append(item.trimmed()); } }

⑥網(wǎng)口連接周期上報的方式獲取輸入口狀態(tài)的總耗時測試函數(shù)如下。

voidMainWindow::handle_periodic_report_input_status() { // 創(chuàng)建一個大小為1000的整數(shù)數(shù)組來存儲輸入狀態(tài) QVectorInState(1000); intsingleValue=0; // 打開使能周期上報 ZAux_CycleUpEnable(g_handle,0,1000,"IN(0,1000)"); // 強制上報一次，0為通道號 inttep0=ZAux_CycleUpForceOnce(g_handle,0); // beforeDT記錄交互指令前的時刻 QElapsedTimer timer; timer.start();// 啟動計時器 for(uinti=0; i (totalNanoseconds) /1000000.0; QStringtimeString=QString::number(totalMilliseconds,'f',6); // 顯示總耗時 ui->periodtime->setText(timeString); // 關(guān)閉使能周期上報 ZAux_CycleUpDisable(g_handle,0); }

⑦單條指令讀取1個輸入口狀態(tài)的總耗時測試函數(shù)如下。

voidMainWindow::handle_single_command_read_one_input() { // 創(chuàng)建一個大小為1000的無符號整數(shù)數(shù)組來存儲輸入狀態(tài) QVectorInState(1000); uintsingleValue=0; // beforeDT記錄交互指令前的時刻 QElapsedTimer timer; timer.start(); for(inti=0; i (totalNanoseconds) /1000000.0; QStringtotalTimeString=QString::number(totalMilliseconds,'f',6); // 將總耗時顯示在 single_IO 上，保留小數(shù)點后六位 ui->single_IO->setText(totalTimeString); }

⑧單條指令讀取多個輸入口狀態(tài)的總耗時測試函數(shù)如下。

voidMainWindow::handle_single_command_read_multiple_inputs() { // 創(chuàng)建一個大小為32的整數(shù)數(shù)組來存儲輸入狀態(tài) QVectorInState(32); // 使用 QElapsedTimer 記錄時間 QElapsedTimer timer; timer.start(); // 單條指令讀取多個輸入口狀態(tài)，輸入口狀態(tài)按位進行存儲 // 一個 INT 型數(shù)組可以存儲 32 個輸入口狀態(tài)，可讀取 32 個及以上 ZAux_Direct_GetInMulti(g_handle,0,999, InState.data()); // 獲取總耗時（納秒） qint64totalNanoseconds=timer.nsecsElapsed(); // 將納秒轉(zhuǎn)換為毫秒，并保留小數(shù)點后6位 doubletotalMilliseconds=static_cast(totalNanoseconds) /1000000.0; QStringtotalTimeString=QString::number(totalMilliseconds,'f',6); // 將總耗時顯示在 multiple_IO 上，保留小數(shù)點后六位 ui->multiple_IO->setText(totalTimeString); }

4、運行效果

1.MotionRT750通過LOCAL連接方式的交互時間測試結(jié)果如下圖所示。

MotionRT750 LOCAL連接方式測試(1k次)

MotionRT750 LOCAL連接方式測試(1w次)

MotionRT750 LOCAL連接方式測試(10w次)

2.MotionRT750通過網(wǎng)口連接方式交互時間的測試結(jié)果如下圖所示。

MotionRT750 網(wǎng)口連接方式測試(1k次)

MotionRT750 網(wǎng)口連接方式測試(1w次)

MotionRT750 網(wǎng)口連接方式測試(10w次)

3.ZMC432-V2運動控制器通過網(wǎng)口連接方式的交互時間測試結(jié)果如下圖所示。

ZMC432-V2 網(wǎng)口連接方式測試(1k次)

ZMC432-V2 網(wǎng)口連接方式測試(1w次)

ZMC432-V2 網(wǎng)口連接方式測試(10w次)

4.PCIE464控制卡通過PCI連接方式的交互時間測試結(jié)果如下圖所示。

PCIE464 PCI連接方式測試(1k次)

PCIE464 PCI連接方式測試(1w次)

PCIE464 PCI連接方式測試(10w次)

5、結(jié)論與分析

對于MotionRT750的LOCAL方式連接、網(wǎng)口方式連接以及PCI方式和控制器網(wǎng)口方式連接時的單條或多條指令交互時間測試，從上面的運行效果圖的數(shù)據(jù)顯示來看，可以看出：

當(dāng)進行1k、1w次和10w次的單指令交互或多條指令交互的時候，MotionRT750的LOCAL連接方式進行單條指令交互所需要的時間（平均2.95us左右）和一次性讀取12個狀態(tài)的多條指令交互所需要的時間（平均4.72us左右），都是要比PCI連接和控制器網(wǎng)口連接的方式更快（PCI單條平均45.9us左右、多條平均67.81us左右；網(wǎng)口單條平均109.78us、多條平均113.68us左右）。

綜上所述，我們可以從測試結(jié)果看出，MotionRT750的LOCAL連接方式展現(xiàn)卓越的實時性能，指令交互的效率也非常的穩(wěn)定。

當(dāng)測試次數(shù)從1k增加到1w、10w次時，指令交互時間波動不大，在延遲、穩(wěn)定性上全面優(yōu)于PCI和控制器網(wǎng)口的連接，更加適合高精度、高實時性、高穩(wěn)定性的工業(yè)運動控制場景應(yīng)用。

Qt例程講解教學(xué)視頻可點擊→強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(七)：us級高速交互之Qt，為智能裝備提速。

完整代碼獲取地址

▼

本次，正運動技術(shù)強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(七)：us級高速交互之Qt，為智能裝備提速，就分享到這里。

本文由正運動技術(shù)原創(chuàng)，歡迎大家轉(zhuǎn)載，共同學(xué)習(xí)，一起提高中國智能制造水平。文章版權(quán)歸正運動技術(shù)所有，如有轉(zhuǎn)載請注明文章來源。

審核編輯 黃宇