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[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题_ethercat fpga-CSDN博客
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[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题
最新推荐文章于 2024-02-15 12:12:19 发布
21ic电子工程师
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原文链接:https://bbs.21ic.com/icview-3148480-1-1.html
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作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站,是不少公司的明智选择。无论是实时性,灵活性,还是性价比均可有很好的保证。
一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法
FPGA模块主要分为五部分:初始化、状态机、PDO、SDO、同步。
1)初始化模块
初始化主要工作是搜集网络拓扑结构、搜集各个节点的信息内容、初始化各个节点的时间系统与初始同步。
2)状态机模块 该模块主要实现各个节点的状态机转化。 INIT->预运行->安全运行->运行
3)PDO模块 该模块实现PDO数据的准备、发送、接收。
4)SDO模块 该模块实现SDO数据的准备、发送、接收。
5)同步 该模块实现动态时间同步。
将以上五个模块设计完成,加上与ARM/DSP/CPU通信的通信接口,以及与运控相关的模块(模拟量、IO、手轮等),即可实现整个设计。
二、基于FPGA的EtherCAT主站的常见问题
1)初始化模块中,访问节点EEPROM的方式理解比较绕
2)状态机转移中,出现转移不成功,记得读取节点0x134寄存器,查看错误代码,根据错误代码来查看具体不能转移成功的原因。 这里,会出现林林总总的原因,只要对照手册,基本都能解决。 这里,也是整个主站设计中,比较耗时间的问题之一。
3)PDO模块中,部分厂家对设置寻址和逻辑寻址有特殊要求,需要注意。
4)SDO模块中,部分厂家支持FMMU来进行数据访问,部分厂家仅支持寄存器来进行数据访问。
5)同步模块中,出现从站之间的同步问题,主站和从站之间的同步问题,出现产品应用与主站之间的同步问题。 关于同步算法,也是最耗时间的问题。 关于同步方案,可以以FPGA主站作为同步源,也可以以第一个伺服作为同步源;后者难度高点,但作者经历前者的产品应用多一些。
三、EtherCAT主站方案的比较
开发时间层面:基于ARM的开源linux主站最优,基于ARM+FPGA的主站次之
产品成本层面:基于FPGA的主站最优,基于ARM的开源linux主站次之
产品性能层面:基于FPGA的主站最优,基于ARM+FPGA的主站次之 --------------------- 作者:feihufuture 链接:https://bbs.21ic.com/icview-3148480-1-1.html 来源:21ic.com 此文章来自于21ic网站,著作权归21ic所有,未经允许禁止转载。
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[FPGA] FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题
作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站,是不少公司的明智选择。无论是实时性,灵活性,还是性价比均可有很好的保证。一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法FPGA模块主要分为五部分:初始化、状态机、PDO、SDO、同步。1)初始化模块初始化主要工作是搜集网络拓扑结构、搜集各个节点的信息内容、初始化各个节点的时间系统与初始同步。2)状态机模块该模块主要实现各个节点的状态机转化。INIT->预运行->安全
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ethercat 主站 FPGA verilog 代码
05-23
ethercat 主站 FPGA verilog 代码
基于FPGA的EtherCAT从站通信链路分析与验证
10-16
EtherCAT是工业控制领域广泛应用的现场总线之一,从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)是从站模块实现EtherCAT协议数据通信的关键,对从站控制芯片实现自主可控是工业控制系统国产化研发的重要基础。基于EtherCAT通信协议及基本通信功能逻辑,设计了EBUS编码/解码、Auto-forwarder、Loop-back function关键通信节点的FPGA状态机,并通过解析各阶段数据状态变化,验证了各节点通信数据的正确性。实验结果表明,基于上述状态机的FPGA实现EtherCAT从站基本通信链路是完全可行的。
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一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码ethercat 主站 FPGA verilog 代码
EOxGWmE的博客
01-11
346
本文详细介绍了基于FPGA的EtherCAT主站的设计原理、功能实现以及性能评估,为实现高性能EtherCAT主站的硬件方案提供了有益的参考。通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中,有效提升了EtherCAT现场总线的同步性能和高效性。2.2 EtherCAT与FPGA的结合 通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中,可以极大地提升EtherCAT主站的同步性能和高效性。关键词:FPGA,EtherCAT,同步性能,高效性,硬件实现。
信迈基于FPGA ZYNQ的Ethercat高实时工业控制解决方案
YEYUANGEN的专栏
06-27
2217
信迈zynq ethercat主站 FPGA高实时带加密实现32轴
性能优势
更快的循环周期,可以达到31.25us
更低的抖动,抖动时间小于0.004us
同步性能好,主站和各个从站设备可以达到远小于1us的时钟同步精度(4轴实测50ns)
性能对比:
更多性能对比总结:
............
EtherCAT主站FPGA Verilog代码的性能分析
jxcwgir的博客
08-17
409
1.高速传输能力: EtherCAT协议能够支持高达100Mbit/s的通讯速率,而EtherCAT主站FPGA Verilog代码在FPGA硬件平台上的实现,能够更快速地进行数据的处理和转发,有效提升了通讯速率和传输效率;用户可以根据具体的需求,灵活地调整和扩展EtherCAT主站控制器的功能和性能,满足不同应用领域的需求。综上所述,EtherCAT主站FPGA Verilog代码基于FPGA硬件平台的设计实现,具有高速传输、实时响应、可扩展等性能优势,在工业自动化、机器人控制等领域有着广泛的应用前景。
EtherCAT 同步模式
weixin_42118352的博客
07-25
5499
1.因为需要高同步精度,选取的时间都是精确时间戳2.sync同步报文是周期性从主时钟向从时钟以广播的形式发出3.时钟偏差延时的计算在从时钟中进行,所以需要把t1,t2,t3,t4四个时间戳信息都发往从时钟,所以需要follow_up报文和delay_resp报文的存在3.2IEEE1588verision2报文介绍。同步不准的第2个原因即使没有抖动(Jitter),受实际硬件传播延时的影响,最末端的从站接受数据帧的时间必然晚于第一个从站的接收到该数据帧时间。...
一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 EtherCAT通信协议、FPGA
2301_78846259的博客
06-25
398
EtherCAT使用主从结构,其中主站负责控制和协调网络中的从站设备。通过EtherCAT,主站可以实时地与多个从站设备进行通信,实现高效的数据传输和控制。主站负责控制和协调整个网络,而从站则负责执行主站下发的指令和提供实时数据。主站可以同时与多个从站进行通信,实现高效的分布式控制。主站通过一个特殊的EtherCAT数据帧将指令和数据发送给从站,从站接收到数据后,根据指令进行相应的操作,并将结果返回给主站。EtherCAT的设计目标是提供低延迟、高带宽和实时性能,以满足工业自动化领域对实时通信的需求。
EtherCAT 主站 FPGA Verilog 代码
2301_78835236的博客
06-22
234
FPGA的应用非常广泛。它可以用于实现硬件加速,例如在图像处理、机器学习和密码学等领域中,通过在FPGA上实现特定算法,可以获得比传统软件实现更高的性能。FPGA的基础知识和应用:我可以讲解FPGA的基本结构和工作原理,以及如何使用硬件描述语言(如Verilog)进行FPGA设计。EtherCAT的工作原理和应用:我可以解释EtherCAT协议的基本原理、通信方式和在工业自动化中的应用。Verilog的语法和用法:我可以详细介绍Verilog的语法规则、模块化设计和时序控制等方面的知识。
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1)串行SPI(串行外围接口):主要用于数量较小的过程数据设备,如模拟量I/O模块、传感器、编码器和简单驱动等。该接口通常使用8位微控制器,如MCU芯片ST...
一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 ethercat 主站 FPGA verilog 代码
06-27
327
EtherCAT使用主从结构,其中主站负责控制和协调网络中的从站设备。通过EtherCAT,主站可以实时地与多个从站设备进行通信,实现高效的数据传输和控制。主站负责控制和协调整个网络,而从站则负责执行主站下发的指令和提供实时数据。主站可以同时与多个从站进行通信,实现高效的分布式控制。主站通过一个特殊的EtherCAT数据帧将指令和数据发送给从站,从站接收到数据后,根据指令进行相应的操作,并将结果返回给主站。EtherCAT的设计目标是提供低延迟、高带宽和实时性能,以满足工业自动化领域对实时通信的需求。
【技术干货】基于赛灵思FPGA板卡的高性能EtherCAT主站方案
HackEle的博客
08-02
1587
图片来源:虹科电子技术背景EtherCAT 是开放的实时以太网通讯协议,由德国倍福自动化有限公司研发。EtherCAT 具有高性能、低成本、容易使用等特点,目前在工业领域有着广泛的应用。ZCU102 评估套件可帮助设计人员快速启动面向汽车、工业、视频以及通信应用的设计。该套件具有基于 Xilinx 16nm FinFET+ 可编程逻辑架构的 Zynq® UltraScal...
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基于ARMFPGA的EtherCAT主站设计及实现,讲解了基于ARM与FPGA的EtherCAT主站实现。
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02-15
3780
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03-13
东北林业大学考研复试大纲
arm64架构下arangodb3.10.11docker镜像
最新发布
03-13
arm64架构下arangodb3.10.11
毕业设计 - 选课系统 - android端.zip
03-13
【项目资源】:
包含前端、后端、移动开发、操作系统、人工智能、物联网、信息化管理、数据库、硬件开发、大数据、课程资源、音视频、网站开发等各种技术项目的源码。
包括STM32、ESP8266、PHP、QT、Linux、iOS、C++、Java、python、web、C#、EDA、proteus、RTOS等项目的源码。
【项目质量】:
所有源码都经过严格测试,可以直接运行。
功能在确认正常工作后才上传。
【适用人群】:
适用于希望学习不同技术领域的小白或进阶学习者。
可作为毕设项目、课程设计、大作业、工程实训或初期项目立项。
【附加价值】:
项目具有较高的学习借鉴价值,也可直接拿来修改复刻。
对于有一定基础或热衷于研究的人来说,可以在这些基础代码上进行修改和扩展,实现其他功能。
【沟通交流】:
有任何使用上的问题,欢迎随时与博主沟通,博主会及时解答。
鼓励下载和使用,并欢迎大家互相学习,共同进步。
# 注意 1. 本资源仅用于开源学习和技术交流。不可商用等,一切后果由使用者承担。 2. 部分字体以及插图等来自网络,若是侵权请联系删除。
ethercat主站硬件
05-17
对于嵌入式系统和FPGA平台,一般需要使用专门的EtherCAT主站芯片来实现。常见的芯片厂商有Beckhoff、TI、Renesas等。其中Beckhoff的ET1100系列、ET1200系列、ET2000系列等芯片广泛应用于EtherCAT主站实现中。 需要...
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2
The EtherCAT IP core enables the EtherCAT communication function and application-specific functions to be implemented on an FPGA (Field Programmable Gate Array – i.e. a device containing programmable logical components). The EtherCAT functionality is freely configurable. The IP core can be combined with own FPGA designs, and it can be integrated in System-on-Chips (SoCs) with soft core processors or hard processing systems via the AMBA® AXI™ interfaces. The physical interfaces and internal functions, such as the number of FMMUs and SYNC managers, the size of the DPRAM, etc., are adjustable. The process data interface (PDI) and the distributed clocks are also configurable. The functions are compatible with the EtherCAT specification and the ET1100 EtherCAT ASIC. The ET1816 quantity-based license offers manufacturers of small lots and development service providers the possibility of entering the world of EtherCAT development with low initial investment. For the development of an EtherCAT device, the ET1816 one-time kick-off charge is required, plus ET1816-1000 royalty for 1000 devices. The royalties for 1000 devices must be paid in advance each time. Development service providers only require ET1816 one-time kick-off charge; the ET1811-0030 system integrator OEM license is required for each customer implementation. The end customer requires the royalty license (ET1816-1000).
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Ordering informationET1815Single-user license without quantity limitation (node-locked) for using the freely configurable EtherCAT IP core on one workstation. The license includes one year of maintenance and updates. Target hardware: selected Xilinx® FPGAs.ET1815-0010Extension of the node-locked license (ET1815) for one additional workstationET1815-0020One-year maintenance extension for node-locked license (ET1815)ET1815-0021One-year maintenance extension for the additional workstation (ET1815-0010)ET1816One-time kick-off charge for the node-locked quantity-based license for using the freely configurable EtherCAT IP cores on one workstation (no workplace extension possible). Target hardware: selected Xilinx® FPGAs.ET1816-1000Royalty for 1000 devices, ET1816 requiredET1816-0020One-year maintenance extension, ET1816 requiredET1816-0030System integrator OEM license, ET1816 required
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工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析 - 知乎首发于智能制造之家切换模式写文章登录/注册工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析智能制造之家化学制品制造业 从业人员写在前面大家好,我是小智,智能制造之家号主~前面我们介绍了西门子、罗克韦尔、施耐德、倍福、三菱等工业巨头的工控协议和端口:西门子、施耐德、三菱、RA:全球主要工控协议及端口解析也原创了很多工业协议相关的硬核文章:技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网最详细的工业网络通讯技术与协议总结解读(现场总线、工业以太网、工业无线)IT、OT 深度融合的当下,无论是OT侧,还是IT侧,各种协议都起到了至关重要的作用,比如前面我们前面已经解读了西门子的S7CommPlus,罗克韦尔的Ethernet/IP、施耐德的UMAS以及OPC UA等:TIAV17+S7-1200:解析最新西门子S7CommPlus协议入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析硬核技术分析OPC UA—面向未来的工业通信全解析西门子、施耐德、罗克韦尔:三大工控厂商PLC密码保护突破之旅工控巨头西门子、施耐德私有S7、UMAS协议解析与PLC密码破解今天我们工业控制协议解读之EtherCAT~转载自网络安全应急技术国家工程实验室 ,作者 | 天融信 一、概述EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议,最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研发。它于2003年被引入市场,于2007年成为国际标准,并于2014年成为中国国家标准。EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步,可选线缆冗余,和功能性安全协议(SIL3)。 二、原理EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制:通过该项技术,无需接收以太网数据,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT是一种实时以太网技术,由一个主站设备和多个从站设备构成。主站可以使用标准网卡实现,从站选用特定的EtherCAT从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)或者FPGA实现。EtherCAT报文(标准的ISO/IEC 8802-3以太网帧)由主站设备发出,途经各个从站设备,从站设备在报文经过时进行提取或插入数据。当报文到达网段内最后一个从站设备时再反方向传输,最后由第一个从站设备把收集到的信息返回到主站设备。图2.1 过程数据插入至报文中 三、拓扑EtherCAT支持总线型、树型或星型等多种拓扑结构。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网,并且不受限于级联交换机或集线器的数量。最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在,所以无需附加交换机,还可以使用基于以太网的星型拓扑结构。EtherCAT 系统最多可容纳65535个设备,因此整个网络规模几乎是无限制的。采用不同的传输电缆可以最大限度地发挥布线的灵活性。灵活而价格低廉的标准以太网插接电缆可通过以太网模式(100baseTX)或通过E总线来传输信号。光纤(PFO)可以用于特殊的应用场合。以太网带宽(如不同的光缆及铜缆)可以结合交换机或媒介转换器使用。快速以太网的物理特性可以使设备之间的距离达到100米,而E-bus只能保障10米的间距。快速以太网或 E-bus可以按照距离要求进行选择。图3.1 灵活的拓扑结构 四、协议格式介绍4.1 EtherCAT 以太网EtherCAT数据可以使用标准的IEEE 802.3以太网数据帧传输,格式如图4.1所示,由以太网头、EtherCAT帧和FCS(帧校验)组成。图4.14.1.1以太网帧头Dest Mac和Src Mac分别表示接收方MAC地址、发送方MAC地址,VLAN Tag为可选字段,可以省略,值为IEEE 802.1规定的 0x81,0x00和2字节标签控制信息.Ether Type值为0x88A4,表示EtherCAT协议。4.1.2EtherCAT帧EtherCAT帧格式如图4.2所示,分为头和数据两个部分。图4.2EtherCAT头:Length字段值为EtherCAT数据的长度,Res为保留位,Type值的不同后续EtherCAT数据格式也不相同,值可以取:0x0001:EtherCAT DLPDU0x0004:network变量0x0005:邮箱EtherCAT数据(主要介绍EtherCAT DLPDU):EtherCAT数据如图4.3所示,由多个子报文组成,每个子报文由子报文头、数据和WKC构成。图4.3子报文头:数据:数据的类型根据Cmd和Address这个字段确定。Address前16bit代表从站地址,后16bit代表寄存器地址,当Cmd为逻辑寻址类型时,Address整个32bit代表逻辑地址。寄存器地址大于0x1000,考虑是否为邮箱数据,邮箱数据在从站中的地址为SM0-SM1,SM0起始位置为0x1000 ,SM2-SM3属于FMMU(总线内存管理单元),只能逻辑地址访问。WKC:WKC(工作计数器)初始值由主站设置为0,当子报文经过从站时会对WKC进行增加,增加的数值根据Cmd的不同有所区别。当数据帧返回主站后,主站设备会根据WKC的值来判断报文是否被正确处理。4.1.3 FCS接收方可以用FCS值来判断数据是否完整。4.2 EtherCAT UDP在4.1介绍了EtherCAT利用以太网帧传输的报文格式,EtherCAT协议还可以作为UDP/IP数据报传输,如图4.4所示,二者报文格式的区别主要为增加了IP头和UDP头,EtherCAT UDP协议适用于实时性要求不是很严格的场合。图4.44.3 报文示例包含EtherCAT帧的以太网头如图4.5所示:图4.5EtherCAT帧头如图4.6所示:图4.6EtherCAT帧数据中其中子报文如图4.7所示:图4.7五、寻址方式及命令类型在EtherCAT子报文中的Address字段用于对EtherCAT设备进行寻址,寻址方式有位置寻址、节点寻址、逻辑寻址。5.1位置寻址位置寻址方式根据从站的物理位置来实现,在子报文头中Address字段前16bit用于存放地址值,报文每经过一个从站设备,地址值加1,当从站接收到地址值为0的报文则就是该从站需要接收的报文。5.2节点寻址节点寻址是通过主站在数据链路层启动阶段配置的节点地址来寻址从站。这确保了即使网段的拓扑结构改变或者设备增加/减少,从站设备也能通过相同的地址配置来寻址。5.3逻辑寻址首先需要了解FMMU(总线内存管理单元),存在于从站芯片ESC中,主要负责建立从站物理地址与主站逻辑地址的映射关系。逻辑寻址使用子报文头中Address字段全部空间来表示4GB的逻辑地址空间。当从站收到报文时,会检查报文中地址与FMMU中的地址是否相符,相符则根据具体命令进行读写操作。5.4命令类型EtherCAT可以根据寻址方式的不同对命令类型进行分类。六、总结EtherCAT拥有多种机制,支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯。它实现了安全功能,采用技术可行且经济实用的方法,使以太网技术可以向下延伸至I/O级。EtherCAT功能优越,可以完全兼容以太网,可将因特网技术嵌入到简单设备中,并最大化地利用了以太网所提供的巨大带宽,是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。硬核专辑ERP/PLM/MES/SCADA/PLC/工业软件研究报告信息化、数字化、智能制造、工业互联网解决方案自动化、信息化、数字化、工业网络、仿真与虚拟调试入门WinCC技术 | 工业网络 | MES技术相关| 工业巨头战略布局 | 工业通讯案例 仿真与虚拟调试 | 职业感悟、认知提升 | 自动化控制标准合集工业数据采集(MES\SCADA\PLC\IOT\传感器..)产业研究报告2021-08-24详细解读全球工业数字孪生主流玩家、技术体系与产业布局2021-08-19西门子、达索、PTC、中望:全球CAD核心玩家产品力对比分析2021-08-16工业软件深度报告之生产管控篇(MES+SCADA+DCS+PLC)2021-08-15MES与ERP主流接口方式与主要交互数据项2021-08-13XX汽车焊装智能工厂控制系统与信息系统(PLC+SCADA+MES)规划设计2021-08-10全球CAE市场:西门子、达索、ANSYS...,国产工业软件“无人区”2021-08-09工控系统行业报告:PLC/DCS/SCADA市场的中国机遇2021-08-08体系解读智能制造、核心技术及关键系统(300页PPT下载)2021-08-07180页PPT,详述汽车数字化工厂核心技术2021-08-06数字化车间网络搭建之PLC间跨网段通讯的4种方法2021-08-03中国智能机床行业全产业链分析2021-08-02工厂信息化系统(ERP、PLM、MES、WMS)架构设计与建设规划2021-07-31海外工业软件研究之西门子:成功密码2021-07-29发布于 2021-09-24 10:44工控工业自动化智能制造赞同 111 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录智能制造之家微信公众号:智能制造之家,10W+朋友共话智
基于FPGA状态机设计实现EtherCAT从站基本通信链路并验证_基于fpga的ethercat从站通信-CSDN博客
>基于FPGA状态机设计实现EtherCAT从站基本通信链路并验证_基于fpga的ethercat从站通信-CSDN博客
基于FPGA状态机设计实现EtherCAT从站基本通信链路并验证
最新推荐文章于 2024-01-11 13:11:02 发布
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FPGA
物联网
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协议栈
ethercat
版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/IClance999/article/details/122421951
版权
分类号
090
密 级
U D C
编 号
XXX
论 文
基于FPGA状态机设计实现EtherCAT从站基本通信链路并验证
公司:
:
电话 :
:
19924911320
指导教师姓名及职称:
:
方案业务咨询
专 业 名 称:
:
专注FPGA15年
研 究 方 向:
:
基于FPGA实现功能
二〇XX年 月
Ethercat slave是什么?
相比其他的有什么特点优势。如何通过FPGA实现Ethercat slave,基于FPGA状态机设计实现EtherCAT从站基本通信链路并验证
摘 要: EtherCAT是工业控制领域广泛应用的现场总线之一,从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)是从站模块实现EtherCAT协议数据通信的关键,对从站控制芯片实现自主可控是工业控制系统国产化研发的重要基础。基于EtherCAT通信协议及基本通信功能逻辑,设计了EBUS编码/解码、Auto-forwarder、Loop-back funcTIon关键通信节点的FPGA状态机,并通过解析各阶段数据状态变化,验证了各节点通信数据的正确性。实验结果表明,基于上述状态机的FPGA实现EtherCAT从站基本通信链路是完全可行的。
目录
Ethercat slave是什么?
摘 要
0 引言
1 EtherCAT从站控制器框架
2 各模块实现逻辑
2.1 EBUS编码/解码模块
2.2 Auto-forwarder模块
2.3 Loop-back function模块
3 功能测试
3.1 解码状态测试
3.2 编码状态测试
3.3 Auto-forwarder数据状态
3.4 数据帧验证
4 结论
0 引言
EtherCAT是由BECKHOFF提出的在工业控制领域获得广泛应用的现场总线之一,该总线具备全双工工作模式,可基于主站(Master)和从站(Slave)连接的模式实现数据传递,且具有低延时、高安全性的特点。EtherCAT从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)是从站模块实现EtherCAT通信协议的关键,目前国内基于EtherCAT协议的通信功能基本都采用ET1100/ET1200等从站芯片来实现[1-4]。然而,由于这类芯片除基本通信功能外,还具备大量其他功能,而此类额外通信机制并不对我国技术人员公开,造成对此类通信芯片还无法实现完全自主可控,采用有效的安全机制提升系统安全性更是无从谈起。随着工业控制领域的信息安全问题日益突出,此类不可自主可控通信芯片的应用给我国核心控制系统的运行引入一定安全风险。为了实现对控制系统用通信芯片的完全自主可控,基于FPGA实现EtherCAT通信协议的自主化开发显得非常必要,同时也是采用自主安全机制提升通信系统安全能力的重要前提。
基本通信链路是实现收发EtherCAT协议数据的核心,因此,本研究基于EtherCAT协议特征及数据传递机制,设计关键通信节点的FPGA状态机,验证FPGA实现EtherCAT从站控制器基本通信链路功能的可行性,为完善EtherCAT其他通信功能及安全机制奠定重要基础。
1 EtherCAT从站控制器框架
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基于FPGA状态机设计实现EtherCAT从站基本通信链路并验证
分类号 090 密 级 U D C 编 号 XXX 论 文 基于FPGA状态机设计实现EtherCAT从站基本通信链路并验证 公...
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专栏目录
一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码 EtherCAT通信协议、FPGA
2301_78846259的博客
06-25
398
EtherCAT使用主从结构,其中主站负责控制和协调网络中的从站设备。通过EtherCAT,主站可以实时地与多个从站设备进行通信,实现高效的数据传输和控制。主站负责控制和协调整个网络,而从站则负责执行主站下发的指令和提供实时数据。主站可以同时与多个从站进行通信,实现高效的分布式控制。主站通过一个特殊的EtherCAT数据帧将指令和数据发送给从站,从站接收到数据后,根据指令进行相应的操作,并将结果返回给主站。EtherCAT的设计目标是提供低延迟、高带宽和实时性能,以满足工业自动化领域对实时通信的需求。
ethercat 主站 FPGA verilog 代码 一份基于FPGA的EtherCAT主站的Verilog代码实现
cKzWwThX的博客
11-17
392
同时,为了提高数据处理的效率,我们采用了多路DMA技术,在数据传输过程中,通过多条DMA通道同时传输数据,减少了数据传输的等待时间。为了满足高性能和高可靠性的需求,许多主站的实现采用了FPGA技术。同时,我们还实现了从站配置信息的读取和设置功能,可以通过主站对从站进行灵活的配置,以适应不同场景下的需求。通过参数设置端口,依次将各个伺服设置成模式6,再依次发送控制字31,再依次去读取状态字,如果读到某个轴的状态字是回零完成,就将该轴的控制字写回15,并然后通过参数设置接口将其模式设置为8。
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从站协议栈代码的工具EtherCAT Slave Stack Code Tool
02-22
Beckhoff Automation的EtherCAT Slave Stack Code(SSC)是ANSI C中的示例源代码,支持μC和SPI接口。 该代码作为在具有自己的处理器的设备中实现EtherCAT的开发基础。 “对象字典工具”(OD-Tool)已集成到SSC OD配置工具中,支持离线和在线对象字典的一致定义。
详细的产品信息可以在官方的EtherCAT产品指南中找到。
ethercat_slave_stack_code_tool_SSC_V5i12.rar
08-13
EtherCAT Slave Stack Code Tool 倍福官方从站开发工具5.12版本。
一份EtherCAT主站的FPGA Verilog代码ethercat 主站 FPGA verilog 代码
最新发布
EOxGWmE的博客
01-11
346
本文详细介绍了基于FPGA的EtherCAT主站的设计原理、功能实现以及性能评估,为实现高性能EtherCAT主站的硬件方案提供了有益的参考。通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中,有效提升了EtherCAT现场总线的同步性能和高效性。2.2 EtherCAT与FPGA的结合 通过将EtherCAT协议和主站DC功能的实现逻辑移植到FPGA芯片中,可以极大地提升EtherCAT主站的同步性能和高效性。关键词:FPGA,EtherCAT,同步性能,高效性,硬件实现。
EtherCAT Slave Stack Code Tool (SSC Tool)
01-09
Beckhoff公司开发从站节点软硬件必备的配置工作和生成驱动用XML文件的工具。
EtherCAT Slave Stack Code (SSC)
05-28
BECKHOFF(倍福)官方提供EtherCAT从站协议栈代码生成工具
版本:SSC V5.12(Tool 1.4.2)
使用Verilog源码实现FPGA与ET1100通信的方案,这是一个基于EtherCAT协议的从站方案
wmzofdh的博客
08-18
254
总之,FPGA实现和ET1100通信verilog源码是一种基于EtherCAT协议的从站方案,我们需要在硬件和软件两个方面进行全面的设计和优化,以确保整个系统的可靠性、稳定性和高效性。在实际开发过程中,需要对EtherCAT协议进行深入的分析和理解,为了更好地实现从站方案,在硬件设计阶段,需要考虑到数据传输、时序约束、时序响应、环境干扰等因素。在该方案中,FPGA作为从站设备通过ET1100的驱动实现与物理层的连接,并且完成数据的解析、组装和传输,从而顺利实现FPGA与ET1100的通信。
基于FPGA的EtherCAT主从站设计与实现 ethercat 主站 FPGA verilog 代码
2301_76250113的博客
01-13
525
基于FPGA的EtherCAT主从站设计与实现 ethercat 主站 FPGA verilog 代码。
EtherCAT主站FPGA Verilog代码的性能分析
jxcwgir的博客
08-17
409
1.高速传输能力: EtherCAT协议能够支持高达100Mbit/s的通讯速率,而EtherCAT主站FPGA Verilog代码在FPGA硬件平台上的实现,能够更快速地进行数据的处理和转发,有效提升了通讯速率和传输效率;用户可以根据具体的需求,灵活地调整和扩展EtherCAT主站控制器的功能和性能,满足不同应用领域的需求。综上所述,EtherCAT主站FPGA Verilog代码基于FPGA硬件平台的设计实现,具有高速传输、实时响应、可扩展等性能优势,在工业自动化、机器人控制等领域有着广泛的应用前景。
信迈基于FPGA ZYNQ的Ethercat高实时工业控制解决方案
YEYUANGEN的专栏
06-27
2217
信迈zynq ethercat主站 FPGA高实时带加密实现32轴
性能优势
更快的循环周期,可以达到31.25us
更低的抖动,抖动时间小于0.004us
同步性能好,主站和各个从站设备可以达到远小于1us的时钟同步精度(4轴实测50ns)
性能对比:
更多性能对比总结:
............
基于FPGA的EtherCAT从站通信链路分析与验证-论文
05-18
基于FPGA的EtherCAT从站通信链路分析与验证
基于FPGA的EtherCAT从站通信链路分析与验证
10-16
EtherCAT是工业控制领域广泛应用的现场总线之一,从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)是从站模块实现EtherCAT协议数据通信的...实验结果表明,基于上述状态机的FPGA实现EtherCAT从站基本通信链路是完全可行的。
基于FPGA的EtherCAT从站控制器FMMU模块设计
10-15
系统通信采用主从结构,其中从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)是从站模块实现EtherCAT协议数据通信的关键芯片,对从站控制芯片进行自主研究设计有助于深入了解EtherCAT总线技术,并实现工业现场总线自主化...
基于ARM+FPGA的EtherCAT主站设计及实现-论文
05-18
基于ARM+FPGA的EtherCAT主站设计及实现
芯片常用协议种类详解,含多协议转换器
IClance999的博客
12-21
4622
协议是程序沟通的语言,没有语言就是哑巴
FPGA图像工程师的六脉神剑——“选扫掌仿习练”
IClance999的博客
08-08
2763
图像工程师的六脉神剑——“选扫掌仿习练”——不是每个人都能成为一代宗师,因为在一个时代宗师只有少数人,成不了宗师,可以选择成为门派高手,立足武林的六合一之路无外乎秘密武器、江湖规矩、内功心法、武术动作、内功修炼及实战经验。修炼六脉神剑,成为高手,行走江湖,行侠仗义,斩奸除恶,开启江湖人生!0.引言——高手没有天赋,只有初心、选择、努力和毅力图1 工业视觉处理(图片来源:自电子元件技术)图像处理是通过对图像进行增强、复原、重建、分析及特征识别等处理以得到目标结果,在工业、消费电子、安防等领域具有广泛的应用..
ethercat从站控制器fpga实现
07-30
EtherCAT网络由一个主站(Master)和多个从站(Slave)组成,从站可以是各种各样的控制器,其中包括FPGA实现的从站控制器。 FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程的逻辑芯片,可以通过配置其内部的...
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基于赛灵思FPGA板卡的高性能EtherCAT主站方案
judy 在 周三, 08/03/2022 - 16:16 提交
技术背景
EtherCAT 是开放的实时以太网通讯协议,由德国倍福自动化有限公司研发。EtherCAT 具有高性能、低成本、容易使用等特点,目前在工业领域有着广泛的应用。
ZCU102 评估套件可帮助设计人员快速启动面向汽车、工业、视频以及通信应用的设计。该套件具有基于 Xilinx 16nm FinFET+ 可编程逻辑架构的 Zynq UltraScale+ MPSoC 器件,提供一款四核 ARM Cortex-A53、双核 Cortex-R5F 实时处理器以及一款 Mali-400 MP2 图像处理单元。ZCU102 支持所有可实现各种应用开发的主要外设及接口。
KPA EtherCAT 主站是一套质量稳定、知名度和性价比较高的 EtherCAT 协议栈,有较大参考价值。本文将介绍KPA EtherCAT 主站在ZCU102平台的移植与测试。
KPA EtherCAT介绍
EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一种用于确定性以太网的高性能工业通信协议,它扩展了 IEEE 802.3 以太网标准,使得数据传输中具有可预测性定时及高精度同步等特点。这个开放性标 准作为 IEC 61158 的组成部分,常用于机械设计及运动控制等应用中。
01 KPA EtherCAT主站软件介绍
KPA EtherCAT主站软件根据功能不同,提供了Basic,Standard,Premium以及Extension四个版本主站协议栈,因此除了支持ETG1500定义了Class A和Class B两种主站类型外,KPA还支持一些拓展功能比如:Data- and Frame-Logger(记录数据和报文)、Access Rights(设置不同的访问权限)Multi Master(多主站,冗余)、Cable Redundancy (线缆冗余)、Hot-Connect(热插拔)、其他。
提供了基于多种不同硬件平台和OS的现成开发包,支持SoC(ARM+FPGA)/ARM/X86 /PowerPC等主流硬件平台,支持Linux(Xenomai/RT-preempt)/ Windows(INtime/RTX)/ QNX/ Ucos/ Vxworks等。几乎满足目前所有用户主站开发要求的一款主站方案。
KPA主站协议栈采用模块化的架构,可以实现每个特殊的项目应用。它使得主站可以自由扩展以适应不同大小的应用程序、可以移植不同的操作系统和各种各样的硬件平台。每个模块可以单独定制化或者二次开发,而且不会破坏其他模块的完整性。主站结构如下图:
KPA主要功能模块为:
(1) 应用层:应用层负责与各种不同的编程/配置环境交互,负责与不同的应用或设备交互。确保在应用或过程任务端顺利访问主站功能函数;与主站通过Remote Procedure Calls服务交互,提供了TCP/IP以及UDP连接,比如:通过UDP与从站设备进行mailbox相关的通讯。
(2) Mailbox Module:EtherCAT主站核心mailbox模块利用不同的协议处理服务数据对象(SDP),数据传输以及数据交换。支持CoE,FoE,EoE,SoE,VoE,AoE等邮箱服务。
(3) Process Image Module过程映像模块:Process Image简称PI,它的地址是由EtherCAT network information (ENI) 文件提出的,ENI文件可由配置工具KPA Studio自动生成。从控制/过程任务访问过程映像是由主站接口执行的。
(4) Distribution Clock分布时钟模块:使得所有的EtherCAT设备(包括主站和从站)总是能够共享相同的EtherCAT系统时间。这是通过补偿编译和漂移时间来实现的。
(5) Frame Schedule Module帧调度模块:不同PDO采用不同的扫描周期。在配置工具KPA Studio里,用户可以单独定义每个从站的扫描速率。帧调度表模块管理EtherCAT帧速率,转发它们到EtherCAT网络驱动。
(6) OSAL操作系统抽象层模块:包含与操作系统相关的功能函数的包装,比如处理线程、计时器、互斥量等;包括网络适配驱动器模块:从底层的网络实现提取主站堆栈的core核心。
02 KPA EtherCAT Master主站冗余技术
与其他基于以太网的工业接口不同,EtherCAT使用hop-to-hop通信协议: 数据报文对连接到总线的所有从设备都是通用的,并且它从一个设备传递到另一个设备。主站是管理者,它循环地创建带有读或写请求,输入输出数据报文,并以严格的时间间隔将其发送到总线。每个从站设备可以插入(写入)或提取(读取)明确寻址到它的数据块。
该功能原本旨在有效地利用总线吞吐量,但对于容错也非常有用:连接到总线的任何设备都完全知道所有从站的活动,并且可以透明地获取或嗅探总线主站和从站之间传输的数据。用户无需修改任何从站设备、添加任何其他信号或更改传输协议,并且此功能不会增加任何成本(除了更智能的主设备)。
KPA EtherCAT Master 使用此边缘效应将另一个总线主控(或多个主控)引入总线。在正常操作期间, 此冗余主站是被动的,能够嗅探数据但不能输入自己的报文。被动主站被认为是次要的,而活动的主站被认为是主要的。由于所有辅助主站都与总线活动一致,因此当后者失败时,它们随时可以取代主要主站。
另外,为了检测总线上的异常情况,辅助主站可以不需要任何专用控制设备或附加信号线。EtherCAT报文定期、严格地按时间间隔进行。当一个辅助被动主站没有收到他期望的报文时,就知道总线上已经不再有主站了。冗余主站可以立即接管控制,发送自己的报文而没有必要等到当前周期结束。这个报文将是正确的和有意义的,因为辅助主站正在追踪所有的变化,成为有故障主站的替换。
启用主站冗余的EtherCAT配置包括一个活动的(主站)主设备和一个或多个被动的(辅助)主设备。主设备可能不会配置为Master Redundancy,但最好使用 KPA EtherCAT Master软件来使该技术发挥最大的效用。辅助主站作为影子代理连接到总线。它嗅探传输中的数据报文而没有任何变化。同时,该主站计算每个电报到达的时间并跟踪预期和实际到达时间之间的可能延迟。
03 KPA EtherCAT主站硬件介绍
主站硬件主要由三部分组成见下图:ZCU102主站开发板以及外扩的FMC网卡。KPA MAC IPcore在PL端构建了FPGA网卡,FreeRTOS master既可以运行在R5 CPU中也可以运行在A53 CPU中,另外需要一台PC通过串口终端来实现操作系统指令输入,PC端上的EtherCAT网络诊断配置工具KPA EtherCAT Studio通过RPC服务连接ZCU102主站板,可以实现对主站和从站的配置,扫描生成网络配置文件。
KPA EtherCAT主站移植
硬件开发板
Xilinx HW-Z1-ZCU102 revision1.1
EtherCAT主站软件开发包
MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip
HW_SAMPLE_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip
软件编译
将MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip解压到mdk_a53文件夹下
进入\mdk_a53\samples路径下修改对应样例程序,此处每个不同的样例程序包含不同的API,具有不同的功能,此处以24_DriveRotationCiA402为例,这是一个简单运行单轴伺服的样例程序,为了适配迈信伺服驱动器,需保持C文件中的描述和ENI文件描述一致,修改后保存
进入\mdk_a53下,打开build.bat,修改编译器路径,路径是xilinx SDK安装路径
运行cmd,进入该路径下,运行build.bat,编译所有样例代码,包括编译24样例,在\build\samples路径下生成24_DriveRotationCiA402.elf文件
创建运行程序
进入mdk_a53\externals\boot路径,根据readme文件以及24_DriveRotationCiA402.bif文件;
拷贝zcu102_freeRTOS内vivado工程生成的design_1_wrapper.bit()文件到该路径下,覆盖原来bit文件;
拷贝zcu102_freertos\project_1\project_1.sdk\fsbl\Release下的fsbl.elf到该路径下,覆盖原来fsbl.elf文件;
拷贝\build\samples路径下生成的24_DriveRotationCiA402.elf到该路径下;
拷贝生成的ENI文件(master.xml)文件到该路径下
打开Xilinx XSCT tool进入到\externals\boot路径下,生成boot.bin
将boot.bin文件拷贝到SD卡中,设置开发板SD卡启动,上电运行
主站性能数据
网络配置:Beckhoff EK1100+EL1004+EL2004+EL6692 (60 bytes frame)。
运行在R5 CP(x32)上测试数据:
运行在A53 CPU(x64)上测试数据:
第三方抓包工具性能分析方法
一般情况下EtherCAT主站性能测试会关注主站通讯周期,circle time是否稳定,抖动多少,因此可以设置在不同的circle time,比如2ms,1ms,500us,250us,125us等条件下测试抖动,可以采用第三方的抓包工具+wireshark进行报文分析,不同主站周期,需要修改代码以及ENI文件的circle time,此处以1ms主站周期,邮箱任务周期是5ms(主站周期的5倍)。
对Wireshark数据包进行针对性分析,设置时间显示格式如下
使用ecat.ado == 0x130命令,过滤出从站在第几条报文处进入op状态的,这里是33900,意味着33900前的报文不能用于分析circle time,因为pdo数据/周期性数据只在从站进入op后才被发送。
分析周期性报文,注意到每个周期性报文包含三个子报文(逻辑寻址)以及一个DC相关的ARMW命令
过滤出周期性报文,使用该指令ecat.sub1.cmd == LRD && ecat.sub1.cnt == 0,过滤出子报文1为LRD且计算器值为0(表示从主站发出,未经过从站)的周期性报文,选择三角进行报文排序,可以是从小到大,或者从大到小,最小周期是999.496us。
本文转载自:cechina
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