【摘 要】
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随着工业以太网技术的不断发展,实时工业以太网已经成为数控系统进一步成长所依赖的关键技术,近几年涌现出了一大批优秀的工业现场总线标准,其中,实时工业以太网Ether CAT因其出色的高速性、实时性、灵活性等特点成为了数控领域新的研究热点,受到了越来越多企业的关注。为了在高端数控系统中实施高性能的Ether CAT总线,本文提出了一种新的解决方案,使用基于ARM Cortex-A8内核的AM3354作
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随着工业以太网技术的不断发展,实时工业以太网已经成为数控系统进一步成长所依赖的关键技术,近几年涌现出了一大批优秀的工业现场总线标准,其中,实时工业以太网Ether CAT因其出色的高速性、实时性、灵活性等特点成为了数控领域新的研究热点,受到了越来越多企业的关注。为了在高端数控系统中实施高性能的Ether CAT总线,本文提出了一种新的解决方案,使用基于ARM Cortex-A8内核的AM3354作为数控系统硬件平台,同时搭载μCOS-Ⅱ嵌入式操作系统,搭建Ether CAT主站。这种方案有两个优点,第一个,AM3354处理器不仅能保持高性能低功耗,而且相比其他处理器成本更低,性价比更高;第二个,搭载μCOS-Ⅱ系统,充分利用μCOS的抢占式的实时内核调度机制,相比其他实时Linux平台下的或者无操作系统下的主站实现等方案,Ether CAT主站实时性更高,更能满足实际加工需求。本文由下面几部分介绍,首先,本文介绍分析了Ether CAT协议的通信原理和关键技术特点;其次,分析了RT-LAB的开源Ether CAT主站SOEM（Simple Open Ether CAT Master）软件架构;然后,实现AM3354的网卡驱动设计,完成数据链路层和物理层的正常的功能,并在此基础上,实现AM3354和SOEM协议层的对接;接着,在SOEM层搭建Ether CAT主站并完成配置;最后,使用三套路斯特的伺服驱动器和伺服电机作为从站设备,测试对伺服轴的控制,验证数控系统下的搭建的Ether CAT主站的实时性和有效性。实验结果表明,在采用1ms的插补周期下,测得的主站的周期通信时间为38us,与其他Windows等非实时平台下测得的百微秒级帧周期相比,有较高的实时性,测得的通信抖动为百纳秒级,具有很好的稳定性和同步性,满足数控系统对实时性、可靠性和响应速度的加工需求,可以作为目前阶段产品线的主站通信功能开发使用。
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