本文將為各位工程師演示全志T507-H工業(yè)評(píng)估板（TLT507-EVM）基于IgH EtherCAT控制伺服電機(jī)方法，生動(dòng)說明Linux-RT + Igh EtherCAT的強(qiáng)大之處！

同時(shí)，我們對(duì)于T3/A40i、T113-i、RK3568、RK3588J、AM62x、AM64x、NXPi.MX 8M Plus等平臺(tái)也提供了開源EtherCAT主站IgH案例。

Linux-RT系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

-內(nèi)核開源、免費(fèi)、功能完善。

- RT PREEMPT補(bǔ)丁，使Linux內(nèi)核成為硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，無需完整的內(nèi)核重寫。

-既有實(shí)時(shí)性，又有相同的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)（包括相同工具鏈、文件系統(tǒng)和安裝方法，以及相同的POSIX API等）,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速上市的期望。

Linux-RT實(shí)時(shí)性測(cè)試（Cyclictest工具）

Cyclictest常用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的基準(zhǔn)測(cè)試，是評(píng)估實(shí)時(shí)系統(tǒng)相對(duì)性能的最常用工具之一。Cyclictest反復(fù)測(cè)量并精確統(tǒng)計(jì)線程的實(shí)際喚醒時(shí)間，以提供有關(guān)系統(tǒng)的延遲信息。它可測(cè)量由硬件、固件和操作系統(tǒng)引起的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的延遲。

基于全志T507-H（硬件平臺(tái)：創(chuàng)龍科技TLT507-EVM評(píng)估板），按照創(chuàng)龍科技提供的案例用戶手冊(cè)進(jìn)行操作，使用Cyclictest程序測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，得出如下測(cè)試結(jié)果。

圖1Linux-RT-4.9.170內(nèi)核測(cè)試結(jié)果

圖2Linux-4.9.170內(nèi)核測(cè)試結(jié)果

對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)，可看到基于Linux-RT-4.9.170內(nèi)核的系統(tǒng)的延時(shí)更加穩(wěn)定，最大延時(shí)更低，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性更佳。

Linux-RT性能測(cè)試

基于全志T507-H（硬件平臺(tái)：創(chuàng)龍科技TLT507-EVM評(píng)估板），按照創(chuàng)龍科技提供的案例用戶手冊(cè)進(jìn)行操作，測(cè)試分別在CPU空載、滿負(fù)荷（運(yùn)行stress壓力測(cè)試工具）、隔離CPU核心的情況下，得出如下測(cè)試結(jié)果。

備注：測(cè)試數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)試環(huán)境有關(guān)，僅供參考。

圖3CPU空載狀態(tài)

CPU空載狀態(tài)測(cè)試，CPU0、CPU1核心Max Latencies值最大，為69us，CPU3核心的Max Latencies值最小，為66us。

圖4CPU滿負(fù)荷狀態(tài)

CPU滿負(fù)荷狀態(tài)測(cè)試，CPU0核心Max Latencies值最大，為88us，CPU3核心的Max Latencies值最小，為64us。

圖5隔離CPU核心狀態(tài)

隔離CPU核心狀態(tài)測(cè)試，CPU0核心Max Latencies值最大，為73us，隔離CPU3核心的Max Latencies值最小，為41us。

測(cè)試結(jié)果如下表所示：

	Max Latencies
	最小值	最大值
CPU空載狀態(tài)	66us(CPU3)	69us(CPU0、CPU1)
CPU滿負(fù)荷狀態(tài)	64us(CPU3)	88us(CPU0)
隔離CPU核心狀態(tài)	41us(CPU3)	73us(CPU0)

根據(jù)CPU空載、CPU滿負(fù)荷、隔離CPU核心三種狀態(tài)的測(cè)試結(jié)果可知：當(dāng)程序指定至隔離的CPU3核心上運(yùn)行時(shí)，Linux系統(tǒng)延遲最低，可有效提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。故推薦對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的程序（功能）指定至T507-H隔離的CPU核心運(yùn)行。

T507-H的典型應(yīng)用領(lǐng)域

圖6T507-H核心板典型應(yīng)用領(lǐng)域

基于全志T507-H的Linux-RT + IgH EtherCAT主站演示

下文主要介紹基于全志T507-H（硬件平臺(tái)：創(chuàng)龍科技TLT507-EVM評(píng)估板）案例，按照創(chuàng)龍科技提供的案例用戶手冊(cè)進(jìn)行操作得出測(cè)試結(jié)果。

本次演示的開發(fā)環(huán)境：

Windows開發(fā)環(huán)境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux開發(fā)環(huán)境：Ubuntu18.04.4 64bit

虛擬機(jī)：VMware16.2.5

U-Boot：U-Boot 2018

Kernel：Linux-RT-4.9.170

LinuxSDK：LinuxSDK-[版本號(hào)].tar.gz（基于全志官方V2.0_20220618）

IgH EtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723

伺服驅(qū)動(dòng)器：臺(tái)達(dá)ASD-A2-0121-E

伺服電機(jī)：臺(tái)達(dá)ECMA-C10401GS

*硬件平臺(tái)：TLT507-EVM評(píng)估板（基于全志T507-H）

IgH EtherCAT簡(jiǎn)介

IgH EtherCAT為運(yùn)行于Linux系統(tǒng)的免費(fèi)開源EtherCAT主站程序，框架如下所示，官方文檔：https://www.etherlab.org/download/ethercat/ethercat-1.5.2.pdf。

圖7

IgHEtherCAT主站通過構(gòu)建Linux字符設(shè)備，應(yīng)用程序通過對(duì)字符設(shè)備的訪問實(shí)現(xiàn)與EtherCAT主站模塊的通信。

IgH EtherCAT開發(fā)包提供EtherCAT工具，該工具提供各種可在Linux用戶層運(yùn)行的命令，可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)從站的訪問和設(shè)置，如設(shè)置從站地址、顯示總線配置、顯示PDO數(shù)據(jù)、讀寫SDO參數(shù)等。

IgH EtherCAT官網(wǎng)：https://www.etherlab.org/en/ethercat。

案例說明

案例功能：EtherCAT通訊周期時(shí)間為1ms，控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并通過串口循環(huán)打印EtherCAT通訊周期時(shí)間的最大值和最小值。

（1）正轉(zhuǎn)：伺服電機(jī)目標(biāo)速度從0加速到10000，當(dāng)達(dá)到10000速度后，控制伺服電機(jī)減速至0，循環(huán)運(yùn)行。

（2）反轉(zhuǎn)：伺服電機(jī)目標(biāo)速度從0加速到-10000，當(dāng)達(dá)到-10000速度后，控制伺服電機(jī)減速至0，循環(huán)運(yùn)行。

圖8

為便于測(cè)試，我司提供已驗(yàn)證的基于Linux-RT編譯生成的內(nèi)核鏡像文件和內(nèi)核模塊，位于產(chǎn)品資料“4-軟件資料LinuxKernelimagelinux-4.9.170-[版本號(hào)]-[Git系列號(hào)]”目錄下。

請(qǐng)將Linux-RT內(nèi)核鏡像boot-rt.fex和Linux-RT內(nèi)核配套的內(nèi)核模塊modules-rt目錄下4.9.170-[版本號(hào)]-[Git系列號(hào)].tar.gz壓縮包的拷貝至評(píng)估板文件系統(tǒng)目錄下。

執(zhí)行如下命令，將boot-rt.fex重命名為boot.fex，同時(shí)將內(nèi)核模塊壓縮包解壓。

Target#mv boot-rt.fex boot.fex

Target#tar -zxf 4.9.170-rt129-g4c65c66.tar.gz

圖9

執(zhí)行如下命令替換內(nèi)核鏡像和內(nèi)核模塊，評(píng)估板重啟生效。

備注：mmcblk1為Micro SD對(duì)應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，如需固化至eMMC，請(qǐng)將設(shè)備節(jié)點(diǎn)修改為mmcblk0。

Target#dd if=boot.fex of=/dev/mmcblk1p3conv=fsync

Target#rm /lib/modules/* -rf

Target#cp $(uname -r) /lib/modules/ -r

Target#sync

Target#reboot

圖10

圖11

案例測(cè)試

請(qǐng)按下圖所示使用網(wǎng)線連接評(píng)估板ETH0 RGMII網(wǎng)口和伺服驅(qū)動(dòng)器A的IN網(wǎng)口，將伺服驅(qū)動(dòng)器A的OUT網(wǎng)口使用網(wǎng)線連接至伺服驅(qū)動(dòng)器B的IN網(wǎng)口。

圖12

圖13

為便于測(cè)試，我司提供的經(jīng)驗(yàn)證的IgH EtherCAT主站程序?yàn)榘咐?igh_ethercatimages"目錄下的ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz壓縮包，將其拷貝至評(píng)估板文件系統(tǒng)任意目錄下。

執(zhí)行如下命令，解壓ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz壓縮包將會(huì)得到_install文件夾。

Target#tar -zxf ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz

圖14

執(zhí)行如下命令，并查詢?cè)u(píng)估板網(wǎng)卡物理地址。

Target#ifconfig

圖15

執(zhí)行如下命令，加載驅(qū)動(dòng)模塊。

Target#insmod -f/root/_install/modules/ec_master.ko main_devices=46:99:F6:AB:1F:19

圖16

執(zhí)行如下命令，拷貝EtherCAT主站相關(guān)文件至評(píng)估板文件系統(tǒng)。

Target#mkdir /etc/sysconfig

Target#cp /root/_install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfig

Target#ls /lib/modules/$(uname -r)//查看是否已創(chuàng)建modules目錄

Target#cp ./_install/modules/ec_master.ko /lib/modules/$(uname -r)

Target#depmod-a //同步模塊依賴關(guān)系，同步過程中打印警告請(qǐng)忽略

圖17

執(zhí)行如下命令，啟動(dòng)EtherCAT主站。

Target#/root/_install/etc/init.d/ethercat start

圖18

執(zhí)行如下命令，加載ec_generic.ko驅(qū)動(dòng)文件。

Target#insmod -f /root/_install/modules/ec_generic.ko

圖19

執(zhí)行如下命令，添加IgH動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)路徑。

Target#export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/root/_install/lib

圖20

將案例bin目錄下的igh_ethercat_dc_motor可執(zhí)行文件拷貝至評(píng)估板文件系統(tǒng)，執(zhí)行如下命令查看參數(shù)信息。

Target#./igh_ethercat_dc_motor --help

圖21

執(zhí)行如下命令，控制兩臺(tái)伺服電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)。

Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 0

圖22

圖23

按下"Ctrl + C"，停止運(yùn)行程序。

圖24

執(zhí)行如下命令，控制兩臺(tái)伺服電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)。

Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 1

圖25

圖26

按下"Ctrl + C"，停止運(yùn)行程序。

圖27

測(cè)試結(jié)果如下表所示：

工程環(huán)境	控制算法	點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制 x 2軸
	循環(huán)周期	1ms
測(cè)試結(jié)果	測(cè)試項(xiàng)	Min(us)	Max(us)
	EtherCAT 任務(wù)調(diào)度抖動(dòng)(period)	-186	184
	測(cè)試數(shù)據(jù)	EtherCAT任務(wù)調(diào)度抖動(dòng)的區(qū)間為[-186us,184us]

參數(shù)解析：

（1）latency：等待喚醒時(shí)間(ns)。

（2）period：EtherCAT通訊周期時(shí)間(ns)。

（3）exec：接收和發(fā)送EtherCAT數(shù)據(jù)時(shí)間(ns)。

審核編輯 黃宇