嵌入式平台的ethercat主站开发

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1、分类号学号M201370528学校代码10487密级硕士学位论文嵌入式平台的EtherCAT主站开发学位申请人：周开城学科专业：机械工程指导教师：宋宝副教授答辩日期：2015年5月15日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringEtherCATMasterImplementationbasedonEmbeddedPlatformCandidate：ZhouKaichengMajor：MechanicalEngineeringSuper

2、visor：AssociateProf.SongBaoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,Hubei,P.R.ChinaMay,2015华中科技大学硕士学位论文摘要现场总线越来越广泛地被应用于工业现场，EtherCAT（EthernetforControlAutomationTechnoloy）总线是其中比较突出的工业以太网总线，它具有同步实时性好、拓扑灵活、数据带宽高等特性。由于嵌入式平台具有扩展性好、稳定性好和成本低的特点，本文提出了基于嵌入式平台实现EtherCAT主站。本文主要研究内容如

3、下:根据EtherCAT协议和EtherCAT主站在工业运动控制的功能需求，提出了基于嵌入式ARM+FPGA的架构来实现EtherCAT主站功能的方案；根据主站的功能分层结构，采用有限状态机的方法实现主站的通讯管理功能，实现了包括配置从站和监测从站的状态等基本功能；为了提高链路层的稳定性和快速响应性，提出了基于FPGA实现EtherCAT主站网卡设备的方案，并根据EtherCAT数据帧回环的特点，采用轮询的方式实现了网卡设备的驱动。为了提高系统的实时性，基于Xenomai构建了实时linux操作系统，并验证了该方案的可行性，同时利用实时任务同步于中断的方式，提高

4、系统的实时性同时实现系统的控制周期的精确性。为了满足运动控制对从站同步控制的要求，提出了一种基于时钟实时补偿总线时间的同步方法，主站通过周期性地发送时钟补偿漂移数据帧，配合从站对总线链路的时间延时的补偿，从而实现EtherCAT主站分布式时钟同步的功能。本文以基于ARM+FPGA的嵌入式运动控制器为硬件平台，测试了EtherCAT主站的兼容性、同步性和实时性等。结果显示本文开发的EtherCAT主站具有兼容通用性，同时具有较好的同步性和实时性。关键词：EtherCAT总线，EtherCAT主站，实时性，Linux，Xenomai，同步性I华中科技大学硕士学位论文

5、AbstractIndustrialEthernetfieldbustechnologyhasbeenwidelyusedinindustrial.EtherCAT(EthernetforControlAutomationTechnoloy)hashighsynchronicity,perfectreal-timeperformanceandflexibletopologyamongthem.Meanwhiletheembeddedplatformhasbeenwidelyusedinindustrialduetoitshardwarescalability,g

6、oodsystemstabilityandlowcost.SodevelopingEtherCATbusmasterbasedontheembeddedplatformhascertainsignificance.Themaincontentsareasfollows:AccordingtothedemandofEtherCATmasterusinginindustrialcontrolfunctions,embeddedplatformbasedonARM+FPGAisproposedtoimplementEtherCATmaster.FiniteStateM

7、achine(FSM)implementedmethodisadoptedtodesignacompactEtherCATmaster,includingconfiguringtheslavesandmonitoringthestateofslavesetc.NetworkcardbasedonFPGAhasbeendesignedtoimprovethestabilityandspeedofthelinklayer;AccordingtotheloopbackcharacteristicofEtherCATframes,Networkcarddriverbas

8、edonpollingm