基于AMD器件的EtherCAT從站方案

EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議是由德國(guó)倍福公司在2003年提出的，該通訊協(xié)議拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分靈活，數(shù)據(jù)傳輸速度快，同步特性好，可以形成各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1、EtherCAT 簡(jiǎn)介：

EtherCAT是一個(gè)開(kāi)放架構(gòu)，以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其名稱的CAT為控制自動(dòng)化技術(shù)（Control Automation Technology）字首的縮寫。EtherCAT是確定性的工業(yè)以太網(wǎng)，最早是由德國(guó)的Beckhoff公司研發(fā)。

EtherCAT主站可以用軟件，在標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)媒體接入控制器中實(shí)現(xiàn)。許多供應(yīng)商有提供在不同操作系統(tǒng)下的代碼，也有許多開(kāi)源軟件或共享軟件。

EtherCAT從站需要特殊的EtherCAT從站控制器，才能實(shí)現(xiàn)飛速傳輸（processing on the fly）的技術(shù)。EtherCAT從站控制器可以用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，且已有現(xiàn)成的代碼，此控制器也可以用ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、EtherCAT特性：

A. 完全符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn):

EtherCAT是對(duì)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行修改，因此可以與其他以太網(wǎng)協(xié)議并存于統(tǒng)一總線。EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中也可以使用普通的以太網(wǎng)設(shè)備，例如以太網(wǎng)線、以太網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器等設(shè)備。此外，任何具有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)控制器的設(shè)備都可以作為EtherCAT 主站，包括PC計(jì)算機(jī)、帶有以太網(wǎng)控制器的嵌入式設(shè)備。

B.卓越的性能:

EtherCAT是基于以太網(wǎng)技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到100Mbit/s，是最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。EtherCAT最大利用以太網(wǎng)帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有效數(shù)據(jù)利用率高，可達(dá)90%以上。另外EtherCAT數(shù)據(jù)幀處理的實(shí)時(shí)性很高，數(shù)據(jù)刷新周期小于100us，滿足對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合。EtherCAT使用高精度的分布式時(shí)鐘，能保證各個(gè)從站節(jié)點(diǎn)設(shè)備的同步精度小于1us。

C. 簡(jiǎn)單、低成本:

EtherCAT結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而無(wú)需交換機(jī)或集線器，復(fù)雜功能的節(jié)點(diǎn)設(shè)備或簡(jiǎn)單的I/O節(jié)點(diǎn)都可以用作EtherCAT從站。此外EtherCAT在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫鏇](méi)有限制，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線型、星型、樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組合，從而使得設(shè)備連接非常靈活。

3、BE CKHOFF ESC IP Core For AMD FPGAs Release 3.00：

概述:

BECKHOFFEtherCAT IP核是一個(gè)可配置的EtherCAT從控制器(ESC)。它負(fù)責(zé)EtherCAT通信，作為EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線和應(yīng)用程序之間的接口。

A、EtherCATIP核是作為一個(gè)可配置的IP，各項(xiàng)功能可以自定義;

BECKHOFFIP Core Main Features : Table 1

B、EtherCATIP Core Block Diagram

C、端口數(shù)據(jù)處理順序

a、0→EtherCAT Processing Unit→1 / 1→2 / 2→0

b、0→EtherCATProcessing Unit→0

c、0→EtherCATProcessing Unit→1 / 1→0

4、BE CKHOFF ESC IP使用流程：

A. 直接安裝，英文目錄；

B. 安裝過(guò)程中提示要加入VENDER ID ，直接跳過(guò) ，需要申請(qǐng)License才能綜合；

C. 安裝完目錄截圖如下

D. 安裝完后，文件截圖

EtherCATIP Core (encrypted VHDL library)

Decryptionkeys for encrypted EtherCAT IP Core

IPCore Configuration Tool (IPCore_Config.exe)

Exampledesigns

E. 支持的AMD 器件包括SOC器件和純FPGA器件；

F. 支持的軟件版本：

ISE14.3 - 14.7

Vivado2013.1 - 2013.4, 2014.1 - 2019.3

SDK

5、設(shè)計(jì)流程圖：

6、詳細(xì)過(guò)程如下：

A. 雙擊Ipcore_config目錄下的IPCore_Config.exe；

B. 填寫Porduct ID；

C. 物理層的一些配置：例如幾路端口，PHY的接口類型，MII/RGMII/RMII,由客戶的PHY芯片決定；

D. 網(wǎng)絡(luò)功能的配置;

E. ECATProcessing /PDI Processing/LED status;

F. ESC跟CPU的接口;

G. 最后一步Generate;

H. 生成的文件如下，不同的配置生成的文件有差異;

J. 把生成的文件加入到工程中，截圖如下;

K. 導(dǎo)入License，如果沒(méi)有授權(quán)的License，無(wú)法綜合;

I. 綜合、實(shí)現(xiàn)后生成BitStream并將其下載到FPGA。使用EtherCAT主機(jī)與EtherCAT從機(jī)通信;

J. EtherCAT從站需要SII EEPROM(或其他非易失性存儲(chǔ)器)，其中包含用于設(shè)備識(shí)別的EtherCAT從站信息(ESI);

M. 打開(kāi)SDK,添加應(yīng)用文件，細(xì)節(jié)參考readme.txt;

N. 注意事項(xiàng)：

ESCIP 和 PHY 不能一起復(fù)位，IP核復(fù)位后，再讓PHY復(fù)位。 ESC in resetstate → PHY disabled

7、業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品架構(gòu)圖：

8、AMD推薦方案：

ZYNQ7000 SOC器件+Ethernet PHY(2x100Base-T)

9、基于ZYNQ的ESC方案框圖：

10、AMD ZYNQ 優(yōu)勢(shì)：

PL端：EtherCATSLAVE Controller IP容易布署，消耗相應(yīng)的邏輯資源；

BECKOFFEtherCAT SLAVE Controller IP 應(yīng)用廣，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證，性能穩(wěn)定；

BECKOFFEtherCAT SLAVE Controller IP 在AMD多個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行過(guò)優(yōu)化，量身定 制。同等功能，相比于其它廠商的平臺(tái)，消耗資源少5%-10%。

PS端：ARM Cortex-A9 766MHZ,可實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的性能及復(fù)雜的應(yīng)用；

11、EtherCAT Resource：

12、一路電流環(huán)+SVPWM：

以上為AMD EtherCAT方案簡(jiǎn)介

特別感謝Trevor Weng提供的協(xié)助