开源IgH EtherCAT主站方案，基于IMX8、ZYNQ、AM335x、T3等平台
原创开源IgH EtherCAT主站方案，基于IMX8、ZYNQ、AM335x、T3等平台
原创
前 言：创龙科技已基于IMX8、ZYNQ、AM5728、AM5708、AM437x、AM335x、T3/A40i等平台提供了开源EtherCAT主站IgH案例。本文档主要演示TLIMX8-EVM评估板基于IgH EtherCAT控制伺服电机方法。如需其他平台相关资料，请与我们联系。
本文档适用开发环境：
Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
Linux开发环境：Ubuntu 18.04.4 64bit
虚拟机：VMware15.1.0
Linux SDK：5.4.70_2.3.0
Kernel：linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0
IgH EtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723
Xenomai：xenomai-v3.1.1-g8b2052e
伺服驱动器：台达ASD-A2-0121-E
伺服电机：台达ECMA-C10401GS
硬件平台：TLIMX8-EVM评估板（NXP i.MX 8M Mini）
IgH EtherCAT为运行于Linux系统的免费开源EtherCAT主站程序，框架如下所示，官方文档：https://www.etherlab.org/download/ethercat/ethercat-1.5.2.pdf。
图 1
IgH EtherCAT主站通过构建Linux字符设备，应用程序通过对字符设备的访问实现与EtherCAT主站模块的通信。
IgH EtherCAT开发包提供EtherCAT工具，该工具提供各种可在Linux用户层运行的命令，可直接实现对从站的访问和设置，如设置从站地址、显示总线配置、显示PDO数据、读写SDO参数等。
IgH EtherCAT官网：https://www.etherlab.org/en/ethercat。
案例功能：控制伺服电机正转和反转。
图 2
为便于测试，我司提供已验证的基于Xenomai编译生成的内核镜像文件和设备树镜像文件，位于案例"igh_ethercat_dc_motor\kernel-xenomai\images\linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0\"目录下，请替换至Linux系统启动卡BOOT分区下。同时将linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0目录下的module驱动压缩包5.4.70-g8d94618.tar.gz，解压至Linux系统启动卡rootfs分区"lib/modules/"目录下。
备注：如需使用由内核源码重新编译生成的内核镜像文件、设备树文件和modules驱动，请参考Linux系统使用手册将编译的module驱动安装至Linux系统启动卡中，默认安装后module驱动目录为5.4.70。
图 3
请按下图所示使用网线连接评估板RGMII ETH网口和伺服驱动器A的IN网口，将伺服驱动器A的OUT网口使用网线连接至伺服驱动器B的IN网口。
图 4
图 5
为便于测试，我司提供的经验证的IgH EtherCAT主站程序为案例"igh_ethercat_dc_motor\igh_ethercat\images\ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723\"目录下的ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz压缩包，在Ubuntu下解压即可得到IgH EtherCAT主站程序文件夹。
将IgH EtherCAT主站程序文件夹整个拷贝至评估板文件系统，执行如下命令查询评估板网卡物理地址。本次测试将IgH EtherCAT主站程序文件夹命名为__install。
Target# ifconfig
图 6
执行如下命令，加载驱动模块。
Target# insmod /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_master.ko main_devices=ce:bb:9d:3b:d3:6b
图 7
执行如下命令，拷贝EtherCAT主站相关文件至评估板文件系统。
Target# cp /home/root/EtherCAT/__install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfig
Target# cp /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_master.ko /lib/modules/5.4.70-g8d94618 //模块驱动名称可通过"uname -r"查看
Target# depmod //同步模块依赖关系
图 8
执行如下命令，启动EtherCAT主站。
Target# /home/root/EtherCAT/__install/etc/init.d/ethercat start
图 9
执行如下命令，加载ec_generic.ko驱动文件。
Target# insmod /home/root/EtherCAT/__install/modules/ec_generic.ko
图 10
执行如下命令，添加IgH动态链接库路径。
Target# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/root/EtherCAT/__install/lib
图 11
将案例igh_ethercat_dc_motor可执行文件拷贝至评估板文件系统，执行如下命令查看参数信息。
Target# ./igh_ethercat_dc_motor --help
图 12
执行如下命令，控制两台伺服电机同时正转。
Target# ./igh_ethercat_dc_motor -d 0
图 13
图 14
按下"Ctrl+C"，停止运行程序。
图 15
执行如下命令，控制两台伺服电机同时反转。
Target# ./igh_ethercat_dc_motor -d 1
图 16
图 17
按下"Ctrl+C"，停止运行程序。
图 18
备注：案例设置EtherCAT周期为1.1ms，同时串口循环打印EtherCAT周期的最小值和最大值。
参数解析：
4.1IgH EtherCAT主站程序编译
IgH EtherCAT主站程序的编译需依赖于基于Xemomai生成的内核，请参考Linux系统使用手册将案例"igh_ethercat_dc_motor\kernel-xenomai\src\"目录下的linux-5.4.70-xenomai-g8d94618-v1.0内核源码进行编译后，再编译IgH EtherCAT主站程序。
请将案例"igh_ethercat_dc_motor\igh_ethercat\src\"目录下的IgH EtherCAT主站程序开发包ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz拷贝至Ubuntu工作目录，执行如下命令进行解压。
Host# mkdir EtherCAT
Host# tar -xvf ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723.tar.gz -C EtherCAT/
图 19
进入解压目录，执行如下命令生成configure文件。
Host# ./bootstrap
图 20
执行如下命令，加载SDK环境变量并进行配置。
Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linux
Host# mkdir __install //创建__install文件夹用于存放生成的文件
Host# ./configure --prefix=/home/tronlong/EtherCAT/__install --with-linux-dir=/home/tronlong/kernel-xenomai/ --enable-8139too=no --enable-generic=yes --host=aarch64-poky-linux
备注："/home/tronlong/kernel-xenomai/"为案例提供的内核源码目录。
图 21
图 22
执行如下命令，进行编译。
Host# make
图 23
图 24
执行如下命令，编译驱动。
Host# make modules
图 25
图 26
执行如下命令，将生成的IgH EtherCAT主站程序安装至指定路径下。
Host# make install systemdsystemunitdir=/home/tronlong/EtherCAT/__install
图 27
图 28
执行如下命令，将驱动文件拷贝至"__install/modules/"目录下。
Host# mkdir -p __install/modules
Host# cp ./master/ec_master.ko ./__install/modules/
Host# cp ./devices/ec_generic.ko ./__install/modules/
图 29
4.2igh_ethercat_dc_motor案例编译
igh_ethercat_dc_motor案例的编译需基于IgH EtherCAT主站程序，请先编译IgH EtherCAT主站程序。
请将案例"igh_ethercat_dc_motor\src\"目录拷贝至Ubuntu工作目录下，进入src目录执行如下命令修改Makefile相关内容为IgH EtherCAT主站程序对应目录。
Host# vi Makefile
图 30
图 31
然后执行如下命令，加载SDK环境变量并进行编译。编译完成后，将在当前目录下生成可执行文件。
Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linux
Host# make
图 32
图 33
2.创建域。
图 34
3.配置PDO。
图 35
4.为域注册PDO条目。
图 36
5.激活Master。
图 37
6.修改当前进程优先级。
图 38
7.进入循环周期任务。
图 39
8.在周期任务中设置驱动器操作模式、加速度和减速度，分别发送0x6、0x7、0xF使驱动器处于ON状态。
图 40
9.发送目标速度，转动电机。
图 41
Xenomai是一个免费开源的Linux平台实时框架，通过使用与Linux内核并行运行的实时协同内核(real-time co-kernel)处理所有对时间要求严格的活动，例如处理中断和调度实时线程。Cobalt core比原生Linux与RT-Linux内核具有更高的优先级。
图 42
图 43
6.1编译说明
案例使用的Xenomai版本为3.1.1，开发包为案例"igh_ethercat_dc_motor\xenomai\src\"目录下的xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz，将其拷贝至Ubuntu工作目录下，执行如下命令进行解压。
Host# mkdir Xenomai
Host# tar -xvf xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz -C Xenomai/
图 44
进入解压目录，执行如下命令在当前目录生成configure文件。
Host# ./scripts/bootstrap
图 45
执行如下命令，加载SDK环境变量并进行配置，请确保已正确安装交叉编译工具。
Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-aarch64-poky-linux
Host# ./configure --build=i686-pc-linux-gnu --host=aarch64-poky-linux --disable-debug --enable-smp --with-core=cobalt
图 46
图 47
Host# mkdir __install //创建__install文件夹用于存放生成的文件
Host# make DESTDIR=/home/tronlong/Xenomai/__install install
图 48
编译完成后，将在__install目录下生成usr文件夹。
图 49
6.2测试说明
为便于测试，我司提供的经验证的Xenomai测试程序为案例"igh_ethercat_dc_motor\xenomai\images\xenomai-v3.1.1-g8b2052e\"目录下xenomai-v3.1.1-g8b2052e.tar.gz压缩包，在Ubuntu下解压即可得到Xenomai测试程序文件夹。
请使用已替换内核的Linux系统启动卡启动评估板，将Xenomai测试程序文件夹整个拷贝至评估板文件系统，执行如下命令拷贝Xenomai相关文件和设置动态链接库。本次测试将Xenomai测试程序文件夹命名为__install。
Target# cp -r Xenomai/__install/usr/xenomai/ /usr/
Target# export LD_LIBRARY_PATH=/usr/xenomai/lib:$LD_LIBRARY_PATH
图 50
Xenomai的测试工具均位于"/usr/xenomai/bin/"目录下，可调用对应测试工具进行测试。
图 51
使用Cyclictest工具进行实时性能基准测试。
Target# echo 0 > /proc/xenomai/latency
Target# /usr/xenomai/demo/cyclictest -t5 -p98 -m -n
图 52
表 1 Cyclictest测试结果说明
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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