基于锐华操作系统的EtherCAT主站及实现方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于锐华操作系统的EtherCAT主站及实现方法，包括：操作系统、协议库、EtherCAT主站和应用；所述操作系统和协议库提供基础接口资源；所述EtherCAT主站依赖协议库和操作系统提供的接口实现主站功能；所述应用通过调用主站接口，实现主站数据经过操作系统、硬件网卡与EtherCAT从站通讯，从而对从站进行控制目的。本发明专利技术提供了自主可控操作系统的基于EtherCAT协议栈接口的EtherCAT主站和配套组网配置工具，在不降低性能的前提下，大幅度降低硬件成本，提升EtherCAT主站部署的灵活性，同时提高主站应用开发的便捷性。同时提高主站应用开发的便捷性。同时提高主站应用开发的便捷性。

【技术实现步骤摘要】
基于锐华操作系统的EtherCAT主站及实现方法


[0001]本专利技术涉及嵌入式系统和控制工程实时以太网通讯
，具体地，涉及一种基于锐华操作系统的EtherCAT主站及实现方法。

技术介绍

[0002]以太网控制自动化技术EtherCAT是一种以以太网为基础的现场总线技术。最早由德国倍福公司开发，后交由ETG(EtherCAT Technology Group，EtherCAT技术组织)组织管理。
[0003]专利文献CN110855537A(申请号：CN201911104727.3)公开了一种基于双MCU的EtherCAT主站实现方法及系统，采用两片MCU，一片作为EtherCAT主站，与EtherCAT从站进行交互；另一片用于运动控制，进行人机交互；两片MCU之间通过板间高速总线进行数据交互，且所述的两片MCU均不安装操作系统，自身完成任务调度。
[0004]专利文献CN110620712A(申请号：CN201910828722.9)公开了一种Window平台的实时EtherCAT主站实现方法，应用程序接口模块为应用程序提供操作EtherCAT主站协议栈的接口；EtherCAT主站协议栈模块运行于window内核，实现EtherCAT协议，提供周期过程数据和非周期数据的通讯功能；实时性优化模块为周期性过程数据通信提供高精度的定时周期，同时提高该周期性通信任务的实时性。
[0005]专利文献CN104702474A(申请号：CN201510107162.X)公开了一种基于FPGA的EtherCAT主站装置，包括EtherCAT总线接口RJ45、网络隔离变压器、PHY芯片、FPGA模块和PCI/ARM扩展接口。FPGA模块通过扩展接口模块接收到CPU传送给FPGA模块的数据，FPGA模块内部的EtherCAT协议驱动模块将CPU的指令数据进行封装和调度，组成数据帧发送给PHY芯片；PHY芯片将其转换为差分信号，发送在EtherCAT网络之中；各个从站收到EtherCAT数据帧后进行相应的处理后返回主站，在经过网络变压器和PHY芯片后，数据帧接收模块接收网络中的数据帧；在EtherCAT协议驱动模块中对数据帧进行解析提取有效数据供CPU来进行读取状态和反馈数据。
[0006]EtherCAT主站可以用软件在标准的以太网网卡控制器中实现。目前EtherCAT主站有软件公司如德国的Beckhoff、KPA、Acontis、CODESYS等提供商业化的解决方案，也有开源如Etherlib的igH EtherCAT Master和RT
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lib的SOEM(Simple Open EtherCAT Master)方案，但是这些方案都是基于Windows、Linux或者VxWorks、QNX等国外商业化、开源操作系统，无法满足自主可控要求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于锐华操作系统的EtherCAT主站及实现方法。
[0008]根据本专利技术提供的基于锐华操作系统的EtherCAT主站，包括：操作系统、协议库、EtherCAT主站和应用；
[0009]所述操作系统和协议库提供基础接口资源；
[0010]所述EtherCAT主站依赖协议库和操作系统提供的接口实现主站功能；
[0011]所述应用通过调用主站接口，实现主站数据经过操作系统、硬件网卡与EtherCAT从站通讯，从而对从站进行控制目的。
[0012]优选的，所述协议库使用EtherCAT协议栈库和xml文件解析库，通过修改操作系统抽象层和硬件抽象层，适配操作系统的接口和以太网络协议栈接口。
[0013]优选的，所述EtherCAT主站通过管理任务通过调用xml文件解析库接口解析ENI文件，实现网络的组网配置，调用EtherCAT协议栈库的接口实现主站周期邮箱数据的收发和实时运行数据收发；
[0014]所述应用通过调用EtherCAT主站应用接口，实现对主站的管理、网络通讯数据的应用。
[0015]优选的，EtherCAT主站配套组网配置工具采用在Windows平台开发的软件工具，解析EtherCAT主站说明文件EMI和从站设备描述文件ESI，生成EtherCAT主站网络配置文件ENI，通过运行在锐华嵌入式操作系统的AutoX Server将工具生成的ENI文件加载到目标板卡，EtherCAT主站启动后解析ENI文件，配置EtherCAT网络。
[0016]优选的，EtherCAT专用网卡驱动的网络数据流为数据到达网卡后，网卡触发系统中断，中断处理函数将数据处理放到操作系统以太网络协议栈任务，以太网络协议栈统一调度所有网卡的数据，数据最后再到达EtherCAT协议栈。
[0017]优选的，在通用网卡驱动基础上增加网卡数据流控制，在EtherCAT协议栈初始化时，将网卡注册成EtherCAT专用驱动，此时禁掉网卡驱动中断，将网卡数据收发与以太网络协议栈任务解耦，由EtherCAT协议栈直接控制数据收发，当EtherCAT任务退出后，卸载EtherCAT专用驱动，恢复网卡驱动中断，数据由系统以太网协议栈控制，从而恢复普通网卡功能。
[0018]优选的，EtherCAT主站管理功能包括创建主站和删除主站；
[0019]创建主站包括加载ENI文件，解析网络配置内容并初始化主站参数，参数初始化成功后启动周期任务；
[0020]删除主站包括退出周期任务和实时任务，释放系统资源。
[0021]根据本专利技术提供的基于锐华操作系统的EtherCAT主站实现方法，执行EtherCAT周期任务，包括如下步骤：
[0022]步骤1：周期任务启动后在网卡中加载EtherCAT驱动，完成EtherCAT网卡改造和初始化；
[0023]步骤2：周期性发送广播数据，发送复位从站命令，若从站响应主站命令，即认为发现网络中EtherCAT从站；
[0024]步骤3：当扫描到从站信息后，主站将所有从站切换到运行前状态；
[0025]步骤4：状态切换成功后根据ENI文件内容配置从站，支持COE协议的使用SDO配置，其他的采用SII接口配置，配置完之后对从站信息再次读取出来，与配置信息进行比较；
[0026]步骤5：从站信息配置完成后将从站切换到安全运行状态，实现从站分布时钟的动态调整，这个状态下从站只发送过程数据PDO，不响应PDO数据指令；
[0027]步骤6：主站任务管理任务启动实时任务，开始周期收发从站PDO数据，同时将数据
转发给应用层；
[0028]步骤7：主站将所有从站切换到运行状态，主站开始接收应用层数据发送给从站，并将从站数据转发到应用层；
[0029]步骤8：开启主、从站的状态监控，周期性获取从站状态信息、接收应用层的主站控制命令。
[0030]优选的，在周期任务中通过邮箱数据服务实时监控从站状态信息，当某从站网络断开连接后，主站通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锐华操作系统的EtherCAT主站，其特征在于，包括：操作系统、协议库、EtherCAT主站和应用；所述操作系统和协议库提供基础接口资源；所述EtherCAT主站依赖协议库和操作系统提供的接口实现主站功能；所述应用通过调用主站接口，实现主站数据经过操作系统、硬件网卡与EtherCAT从站通讯，从而对从站进行控制目的。2.根据权利要求1所述的基于锐华操作系统的EtherCAT主站，其特征在于，所述协议库使用EtherCAT协议栈库和xml文件解析库，通过修改操作系统抽象层和硬件抽象层，适配操作系统的接口和以太网络协议栈接口。3.根据权利要求1所述的基于锐华操作系统的EtherCAT主站，其特征在于，所述EtherCAT主站通过管理任务通过调用xml文件解析库接口解析ENI文件，实现网络的组网配置，调用EtherCAT协议栈库的接口实现主站周期邮箱数据的收发和实时运行数据收发；所述应用通过调用EtherCAT主站应用接口，实现对主站的管理、网络通讯数据的应用。4.根据权利要求1所述的基于锐华操作系统的EtherCAT主站，其特征在于，EtherCAT主站配套组网配置工具采用在Windows平台开发的软件工具，解析EtherCAT主站说明文件EMI和从站设备描述文件ESI，生成EtherCAT主站网络配置文件ENI，通过运行在锐华嵌入式操作系统的AutoX Server将工具生成的ENI文件加载到目标板卡，EtherCAT主站启动后解析ENI文件，配置EtherCAT网络。5.根据权利要求1所述的基于锐华操作系统的EtherCAT主站，其特征在于，EtherCAT专用网卡驱动的网络数据流为数据到达网卡后，网卡触发系统中断，中断处理函数将数据处理放到操作系统以太网络协议栈任务，以太网络协议栈统一调度所有网卡的数据，数据最后再到达EtherCAT协议栈。6.根据权利要求1所述的基于锐华操作系统的EtherCAT主站，其特征在于，在通用网卡驱动基础上增加网卡数据流控制，在EtherCAT协议栈初始化时，将网卡注册成EtherCAT专用驱动，此时禁掉网卡驱动中断，将网卡数据收发与以太网络协议栈任务解耦，由EtherCAT协议栈直接控制数据收发，当EtherCAT任务退出后，卸载EtherCAT专用驱动，恢复网卡驱动中断，数据由系统以太网协议栈控制，从而恢复普通网卡功能。7.根据权利要求1所述的基于锐华操作系统的EtherCAT主站，其特征在于，Ether...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，钱晨，杜坚，王皓，
申请(专利权)人：上海华元创信软件有限公司，
类型：发明
国别省市：