基于Linux的EtherCAT主站的研究.PDFVIP

通讯与网络 基于Linux的EtherCAT主站的研究 Research on the EtherCAT master under Linux 马春敏，康存锋，黄旭东，郑学科，杨建武，费仁元 MA Chun-min, KANG Cun-feng, HUANG Xu-dong, ZHENG Xue-ke, YANG Jian-wu, FEI Ren-yuan （北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院，北京 100124） 摘 要： 实时工业以太网已经成为当今工业用现场总线的主流，本文研究了Linux下EtherCAT主站 的结构，为开发基于软主站的开放式运动控制器提供了技术储备。进而为研制我国自己的工 业实时以太网标准提供借鉴。 关键词： 实时工业以太网；现场总线；EtherCAT；软主站 中图分类号：TP391 　 文献标识码：A 　 文章编号：1009-0134(2011)4(下)-0078-05 Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).23 0 引言 而此项研究即有助于开发基于软主站的开放式运 随着网络技术的迅速发展，当今的工业现场 动控制器，同时可为研制我国自主的工业实时以 总线技术均逐渐过渡到实时工业以太网阶段。如 太网标准提供借鉴，具有较强的实际意义。 西门子公司的 PROFIBUS 到 PROFINET；博世力 1 Linux下EtherCAT主站系统结构[4] 士乐公司的 SERCOS[1] 到 SERCOSIII 等。同时一 Linux 系统总体分为内核层与应用层。其中内 些新兴的工业实时以太网技术也以其全新的起点 核层运行系统的核心调度与驱动程序，内核层中 和优越的性能脱颖而出。其中EtherCAT[2]（Ethernet 的程序称为模块，实时性较高。应用层运行各种 for Control Automation Technology）技术 （也称为 桌面程序和应用程序，实时性差。Linux 系统下 以太网现场总线），便是其中较为突出的一个。现 EtherCAT软主站系统结构如图1所示。 场总线技术的实现主要依赖于主站与从站两大部 1）网络设备部分。EtherCAT 软主站不使用特 分，其中尤以主站技术最为复杂，同时也是控制 殊硬件，而是普通的网络设备（如PCI网卡）。内 系统中通讯部分的核心。从历史上看现场总线主 核层中含有网络设备模块，但为了实现 EtherCAT 站技术的演变经历了主动卡（如 SERCOS 一代 协议，需要对普通网络设备驱动进行修改。 卡）、被动卡（如SoftSERCANS卡 [3]）、软主站（不 2）主站模块与应用程序。为了保证实时性的要 需要专门的硬件卡，如可支持 EtherCAT 总线的 求，EtherCAT主站模块与应用程序模块均在内核层。 TwinCAT 和 Codesys 软件）。这使得运动控制器的 其中EtherCAT 主站模块实现全部的协议解析、任 开发对特殊硬件板卡的需求逐渐降低，直至彻底 务调度并为网络设备与应用程序提供函数接口。应 抛开，从而实现其开放性和灵活性。研究Linux下 用程序模块最终实现对各种自动化系统的控制，由 的 EtherCAT 主站系统在研究软主站的基础上又有 用户根据具体的控制对象和控制要求进行编写。 两个意义：一是Linux操作系统为开源系统，在其 3）EtherCAT 工具。该程序提供了各种可以 基础上的任何软件方面的研究都可直至底层，为 在Linux用户层运行的命令。可以直接实现对从站 自