瑞薩MCU RX72M在EtherCAT應(yīng)用開發(fā)案例

RX72M是瑞薩電子適用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案的高性能32位微控制器，高達240MHz主頻和1396CoreMark的性能，帶雙精度浮點運算，專門針對馬達控制的三角函數(shù)加速器，可實現(xiàn)sin、cos、反三角函數(shù)以及開方函數(shù)運算，支持6通道的Delta-sigma調(diào)制器接口，支持電流環(huán)反饋信號。RX72M除了常用的外設(shè)接口外，還集成了專用于EtherCAT的ESC接口，可以用于開發(fā)EtherCAT IO模組、EtherCAT網(wǎng)關(guān)、EtherCAT步進、伺服驅(qū)動器，是一款性價比高的EtherCAT從站硬件，本文將為您介紹瑞薩MCU RX72M在開發(fā)EtherCAT應(yīng)用中的Q&A。

什么是EtherCAT jitter？為什么EtherCAT是low Jitter communication？

EtherCAT jitter分主站jitter和從站網(wǎng)絡(luò)jitter；

主站jitter指的是master cycle time jitter，主站EtherCAT通訊周期抖動，同時該參數(shù)也是反映了主站發(fā)送EtherCAT報文幀抖動情況，主站發(fā)送報文幀的抖動情況通常可以通過特殊工具數(shù)據(jù)抓包來測試，反映的是主站的性能/穩(wěn)定性，如下圖是兩個主站在master cycle time為500us時的抖動情況，圖1有正負(fù)幾十us抖動，圖2是1個us抖動以內(nèi)，明顯抖動小于圖1。

圖1

圖2

從站網(wǎng)絡(luò)jitter，指的是從站網(wǎng)絡(luò)的同步抖動，指的是從站網(wǎng)絡(luò)中第一個DC從站和最后一個DC從站的SYNC信號的時間偏差，反映的是從站網(wǎng)絡(luò)的同步性能（如圖4兩個SYNC信號時間偏差小于10ns）。

圖3

圖4

Master如何映射各個slaves？

從站網(wǎng)絡(luò)中每個站點由于ESC的存在，物理地址和邏輯地址是對應(yīng)的，當(dāng)主站掃描后，所有的TxPDO數(shù)據(jù)和RxPDO數(shù)據(jù)就已經(jīng)在整個報文幀中分配好了位置，報文幀會遍歷所有站點去做數(shù)據(jù)交換（類似高鐵到站上下車）。

圖5

圖6

SSC工具創(chuàng)建的代碼后，如何修改PDO-Map，增加新的變量？

可以通過手動方式修改代碼以及ESI文件，或者SSC工具創(chuàng)建新應(yīng)用，編輯excel表格自動生成新文件。

圖7

圖8

Wireshark捕獲ECAT數(shù)據(jù)正確方法？

通過專用的抓包工具接入網(wǎng)絡(luò)中作為一個偵聽器（硬件延時ns級別，可忽略不計），獲取到的報文在PC端的wireshark上處理，參考：

https://www.ethercat.org.cn/memberarea/en/knowledge_base_E3DFFB9A73A146DC8C10F7B8896D72F7.htm

圖9

RX72M的ESC接口與PHY連接模式是MII還是RMII?

RX72M的ESC只支持MII模式（部分其他廠商的ESC也僅支持MII）。

圖10

圖11

RX72M EtherCAT同步功能如何使用，如何測試這個功能確實開啟了，以及一些指標(biāo)?

同步功能的使用，需要在主站端配置選擇同步模式如圖12，可以通過抓取數(shù)據(jù)包分析，如有周期性的ARMW的指令，就說明DC功能已經(jīng)使能上了。

關(guān)于同步的指標(biāo)，通常是測試從站網(wǎng)絡(luò)的抖動，即使用示波器測試每個從站產(chǎn)生的同步信號SYNC，比較時間差，網(wǎng)絡(luò)中第一個從站的SYNC和最后一個從站的SYNC的時間差及為最大的同步抖動。

圖12

卡片式IO應(yīng)用時，RX72M是否支持EBUS背板總線技術(shù)？

不支持，EBUS是德國倍福定義的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，是基于LVDS（Low Voltage Differential Signal，低壓差分信號）技術(shù)，屬于倍福的專利技術(shù)，不過基于RX72M的卡片式IO之間也可以是EtherCAT的連接方式，通過PHY直連（不需要變壓器）的方式連接。

圖13

RX72M作為EtherCAT從站在通訊時，當(dāng)斷開線纜后重新連線，是否能重新進入op，自動恢復(fù)通訊？

具體取決于主站的功能和從站應(yīng)用邏輯，下圖是twincat主站和RX72M硬件板子數(shù)據(jù)收發(fā)測試，是可以恢復(fù)建立通訊。

圖14

RX72M支持的最快的Master EtherCAT cycle time是多少？

EtherCAT數(shù)據(jù)幀經(jīng)過RX72M的ESC接口是小于300ns，所以理論上評估值65us是ok的，但實際測試也取決于主站的性能，要求主站在極限測試條件下能夠保持master cycle time穩(wěn)定，如果主站周期抖動大，會影響實際測試效果。

RX72M上EtherCAT的DC同步機制是如何實現(xiàn)的？首先在硬件接口上是否能實現(xiàn)，是否需要Sync0/Sync1接口？目前我們的方案都沒有接這兩個管腳。其次在軟件上我們現(xiàn)有的協(xié)議上是否已經(jīng)能實現(xiàn)了？還需要增加什么內(nèi)容嗎？

RX72M硬件板子以及配套的開源的ECAT軟件代碼是支持DC功能的，DC功能的使用需要在主站端去使能DC配置；RX72M是MCU+ESC集成于一體的單芯片方案，不是MCU+單獨ESC芯片方式，因此SYNC信號引腳不需要單獨引出接MCU作為外部中斷；軟件中已支持sync0和sync0中斷服務(wù)函數(shù)，只需要在主站中做DC配置，然后在sync中斷服務(wù)函數(shù)中去做應(yīng)用處理，比如數(shù)據(jù)更新發(fā)送等即可。

RX72M上DC同步應(yīng)用中，不同廠商的應(yīng)用算法不同導(dǎo)致時間開銷也不同，比如不同廠商不同的電機算法時間，如何保證多軸同步運動？

EtherCAT同步機制可以使得從站網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點產(chǎn)生SYNC信號時間偏差是ns級別，該SYNC信號作為MCU的中斷信號，保證中斷信號的同步，同時EtherCAT也支持通過設(shè)置調(diào)整SM中斷和SYNC信號的間隔時間（the time between SM and the starting of SYNC）來保證留有足夠時間，在SYNC信號產(chǎn)生之前，已處理完應(yīng)用算法。

RX72M開發(fā)板上對EEPROM芯片大小和型號要求是什么？

EEPROM size和XML文件的大小密切相關(guān)，取決于ESI文件的內(nèi)容多少。對于RX72M來說，僅關(guān)系到寄存器ESCMR的PROMSIZE位設(shè)定為0還是1（0：最大到16-Kbit，1：32-Kbit到4-Mbit）。在Smart Configurator中對應(yīng)了r_ecat_rx Property > Configurations > EEPROM size的值，跟硬件匹配即可。

EEPROM推薦型號包括：R1EX24016 (16Kbit)，R1EX24032 (32Kbit)，M24C32 (32Kbit)，沒有任何限定，因EEPROM IIC通信都是通用協(xié)議，size符合應(yīng)用需求即可。

RX72M硬件板上，PHY晶振選用獨立的，還是用RX72M輸出的25M信號？

選用獨立的晶振或者RX72M輸出25M都可以，瑞薩PHY型號為KSZ8081的硬件板開發(fā)板，使用的是RX72M輸出的25MHz的時鐘。

審核編輯：黃飛

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