EtherCAT通信协议研究及实现

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数控系统对控制精度和实时性的要求逐渐增加,发展和应用高速现场总线是当前数控系统的发展方向。EtherCAT作为一种市场占有率越来越高的工业以太网现场总线,具有十分巨大的发展潜力。本文的研究目的就是利用ARM技术和FPGA技术实现EtherCAT通信协议,将其引入数控领域,其主要内容有:描述了现场总线技术的国内外发展现状,阐述EtherCAT的通信规范和总线实施的“飞读飞写”技术、分布式时钟同步技术、WKC和CRC校验等关键技术。提出了EtherCAT总线实施的硬件方案。以“嵌入式工控机+EtherCAT主站通信卡”的方式实现主站通信的硬件接口,同时提供友好的人机交互界面,便于应用数据的输入和状态数据的显示。工控机通过PCI接口和EtherCAT主站通信卡进行数据交互。以“ARM+FPGA”的方式实现从站通信的硬件接口,研究了从站物理层、数据链路层和应用层的硬件接口。其中,ARM用于实现从站总线协议驱动,而FPGA用作总线协议的实现。详细阐述了EtherCAT总线主站平台和从站平台的软件设计方案,设计了主站协议,包括数据传输协议和高精度分布式时钟技术,然后设计了从站协议,包括从站数据链路层传输协议和从站驱动。开发了EtherCAT总线实验平台,设计了实验平台的PCI驱动程序和协议驱动,对EtherCAT的数据传输功能和实时性、同步性、可靠性等性能进行了测试,验证了本课题所设计的硬件和软件方案的可行性。
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