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EtherCAT总线伺服驱动器开发硬件思路

2018-10-21 11:33 技术知识

 

Jarrett伺服驱动器
        伺服驱动器是自动化领域不可缺少的硬件单元,但是它在国内的发展也只有20-30年的历程,在国外有超过百年的历史了。所以,国内伺服驱动器发展空间很大,尤其是最近几年,国内做伺服驱动器的厂家很多。就目前中国市场,简单的应用【低端市场】基本用的国产伺服驱动器,中高端市场都是进口的。
 
        伺服驱动器有很多种通信方式,比如:脉冲信号,模拟量信号,CanOpen总线,PROFIBUS,FANUC的是FSSB总线及EtherCAT总线等,今天我们主要说的是想开发EtherCAT总线通信的伺服驱动器厂家硬件选择思路。
 
        如果开发EtherCAT总线伺服驱动器,有多种硬件思路:
 
       (1)纯总线驱动器,不带脉冲、模拟量、液晶等外设。所有指令和操作全部通过EtherCAT。可以使用的方案为:ESC+DSP,FPGA(IP核)+DSP或单FPGA(软核/硬核+IP)。KPA从站协议加载在DSP、软核或者硬核上,难度在于FPGA的IP核与软核技术、FPGA内部高速总线的应用和调试。
 
       (2)总线+传统驱动器。总线+传统驱动器。同时支持EtherCAT和传统的脉冲、模拟量等。可以使用的方案为:ESC+DSP+FPGA(CPLD),FPGA(IP核)+DSP,ARM+ESC
 
        主流的ESC有倍福的ET1100/ET1200,Microchip的LAN9252,赫优讯的Netx51/52等等。
 
        另外,目前还有一些比如TI AM335X,英飞凌的XMC4800,瑞萨的RZ/T等系列是集成了CPU+ESC一体的方案。
 
 
        不管哪种EtherCAT伺服驱动器,几个比较重要的方案对比如下 (只是列出常见情况):
伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器
重要概念:
 
        关于IP核:从站IP核也是属于ESC的一种形态,也相当于是ESC的一种,可以理解为IP核只是替代了ET1100/ET1200。IP核的功能还是实现了一个从站控制器,处理数据链路,同步事件等硬件事件。就算使用了IP核来实现ESC,这也仅仅实现了硬件的接口功能,软件协议并没有加载。还是需要KPA从站协议栈来完成从站协议。但是EtherCAT总线伺服驱动器基本都是匹配应用,目前直流伺服电机还没有EtherCAT控制模式。
 
        关于FPGA:为了实现FPGA,ESC会用IP Core的方式实现EtherCAT功能和通讯。 FMMUs(Fieldbus Memory Management Units 现场总线内存管理单元),SyncManagers, DC support, PDI这几个功能是可以配置的。
 
       FPGA实现方式有两种:一个是在FPGA上集成ESC和一个软核uC,然后用FPGA的片内总线与主控制器交互。另外一个方式是:FPGA只用于EtherCAT功能部分,然后通过SPI/并口总线连接到外部的主控制器。FPGA硬核是指比如Xilinx的ZYNQ。
 
       总结:DSP,ARM,甚至是51、AVR等单片机,都属于μC,由μC+ESC构成的从站属于复杂从站(或者说处理纯IO以外的从站都属于复杂从站)。μC与ESC进行交互,须履行从站协议,才能通过PDI接口从ESC中读取到相关的数据。
 
       一般来说,任何的从站开发过程都和EtherCAT数据帧没有关系了,这个工作是ESC去做的。对于从站开发,只需要在一个μC上加载从站协议,并做好μC与ESC之间的通信机制的适配(如并口/SPI)。不管这个ESC是真实的ESC器件,还是IP核。
 

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