基于EtherCAT协议可视倒车系统.doc

基于EtherCAT协议可视倒车系统 　　摘 要：EtherCAT是一种实时的工业以太网技术，使用特殊的以太网类型，过程数据可以在以太网帧内直接传输。EtherCAT数据帧在从站节点是通过硬件进行处理，只有很小的延时。文章介绍EtherCAT协议原理和特点，并通过EtherCAT主站和从站的软硬件设计，实现了倒车影像的采集传输和显示。倒车影像的数据量比较大，实时性要求很高，通过EtherCAT网络传输能够很好地解决倒车影像的实时同步显示 关键词：EtherCAT协议；IMX6Q；可视倒车；ET1100 1 概述 随着汽车安全监控需求的日益增加，动态图像信息需要实现同步实时传输，传统的Ethernet、USB等通讯方式已经满足不了需求。EtherCAT是由德国自动化公司BECKHOFF于2003年提出的实时工业以太网技术[1]。EtherCAT技术传输速度快，延时很小，一帧EtherCAT帧可以传输1400多字节的数据，可以满足大数据的实时传输 本文章介绍了一种采用实时以太网EtherCAT技术，倒车影像采集器作为从站，将高度压缩的倒车影像数据实时传输到EtherCAT主站进行实时显示。整个设计采用主从模式，系统采用飞思卡尔IMX6Q作为EtherCAT主站，采用飞思卡尔IMX6Q+Beckhoff公司的ET1100作为从站 2 EtherCAT原理和特点 EtherCAT是目前传输最快的工业以太网之一，EtherCAT使用标准的以太网电缆进行传输。EtherCAT采用主从模式，从站节点可以连接成总线型、星型等几乎所有的拓扑结构[2] EtherCAT节点的顺序和网络中的以太网端子的物理顺序无关，节点间可以通过组播、广播和多播的方式实现通讯。标准的以太网帧可以包含一个或多个子报文，多个从站节点可以使用同一EtherCAT帧进行通讯。表1是标准的EtherCAT帧结构，其中包括目的地址、源地址、帧类型以及报文数据和帧校验 在EtherCAT系统中，通过主站发送数据和接收数据。数据帧由主站发出，经过第一个从站时进行解码，后续从站不需要再进行解码操作。数据帧经过从站节点时，每个节点可以根据逻辑地址在属于自己的报文中进行数据的读取和写入，当节点根据报文头中的命令成功对数据帧进行操作后，从站会将该报文的WKC寄存器进行加1。数据帧经过所有从站节点后由EtherCAT系统中的末端节点将数据帧直接返回主站，主站比较返回报文中的WKC值进行校验数据帧的正确性 3 系统硬件设计 EtherCAT从站硬件平台由两个硬件模?K组成，一个是基于飞思卡尔IMX6Q的视频采集模块，另一个是EtherCAT实时数据传输模块（ESC从站从站控制器）。整体设计是从站处理器IMX6Q通过CCD摄像头从外部采集到高清视频数据进行H264压缩，然后将压缩后的数据写入EtherCAT实时传输模块。EtherCAT实时传输模块主要任务是将压缩后的视频数据嵌入到EtherCAT帧中进行传输 图像采集是基于IMX6Q的CCD摄像头，CCD摄像头通过TVP5150视频采集芯片进行采集视频数据，经过IMX6Q进行硬件H264压缩编码。图1为TVP5150芯片接口电路图，TVP5150芯片通过I2C总线进行初始化配置，数据接口连接到IMX6Q的CSI0接口 通过CCD采集的视频数据量比较大，进行实时网络传输会产生延迟。H264图像压缩比大约为102：1，CCD摄像头采集一秒为30帧视频图像，经过H264压缩后数据量大大减少，加上EtherCAT传输速度非常快，视频数据可以达到很好的实时传输和显示效果 ET1100从站控制芯片主要负责接收、处理和转发主站发送的EtherCAT帧，解析主站发送的命令并执行。ESC芯片通过内部的硬件完成EtherCAT数据帧处理和转发，数据传输过程产生大约只有10ns的时间延迟[3] ESC从站控制芯片通过配置E2PROM相应寄存器来实现数据接口模式。从站可以配置成I/O模式、微处理器模式和SPI模式 I/O模式为简单从站控制方式，ESC直接对I/O端子进行控制，可以达到非常快的刷新速度。控制100个输入输出数据均为8字节的伺服轴只需要100us[4]。微处理器模式和SPI模式则是复杂从站控制模式，ESC中的数据通过微处理器进行读写和处理 ET1100功能的配置是通过芯片的配置引脚来完成，引脚配置就是通过对引脚接上上拉或下拉电阻，连接上拉电阻表示配置为1，连接下拉电阻表示配置为0。ET1100芯片上电后会自动将配置引脚的信号读取写入到配置寄存器中，芯片掉电或复位后仍然可以读取配置引脚的配置信息 本设计采用ET1100作为MAC控制芯片，接口电路如图2所示，ET1100与物理层芯片