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1．背景

最近計劃DIY一個EtherCAT控制器，一直在看資料和選型，初步定了NUC980的方案，主要是看中NUC980的RAM比較大，采購還算方便（最近缺芯，大家都懂）。

選定硬件之后，NUC980跑什么系統呢？從以往經驗來看，ARM9一般跑linux比較多，資源也好找，同時官方提供BSP。但這次任務有點特殊，EtherCAT對實時性要求比較高，linux不是最合適的。結合MCU開發經驗，就準備上個RTOS，以前M3和M4的芯片，主要用FreeRTOS，最近也開始用RT-Thread。新唐官方也推出了NUC980的RT-Thread版BSP，對開發者非常友好，最終決定了NUC980+RT-Thread的方案。

剛好最近官方有個DIY項目官方活動，就報了名。

2．EtherCAT主站軟件方案

EtherCAT本身還是比較復雜的，我們就不自己造輪子了，考慮用開源方案，畢竟硬件成本這么低，商用方案是真的用不起啊！

現在開源主站主要就兩種，SOEM和IGH（相關的資料網上很多，這兒就不展開了），IGH只支持linux，所以只能選SOME，最新版本是SOEM1.4，本次移植就基于該版本。

3. 移植過程

3.1 RT-Thread 下載

本次移植基于最新發布的release4.1.0, 這個可以到github下載，最近Gitee也更新了。移植EtherCAT之前，首先把Nuvoton的BSP跑起來。這個參考官方的文檔就可以了。

3.2 Some移植

下載soem-1.4.0，將整個目錄放在rt-thread項目里，下圖是我的目錄，供參考

在some-1.4.0及其子目錄中需要手工編輯SConscript腳本，這兒就不展開了。后續我把源碼打包發上來。

Some移植主要是三個文件 osal.c，oshw.c和nicdrv.c。

osal.c 主要是微秒及的延時和定時函數；

oshw.c 主要是網絡端和本機端數據的大小端轉換；

nicdrv.c 主要是網絡數據收發。

Some已經給出了很多操作系統移植，我的移植是基于rtk，這個是嵌入式系統，和我們的開發環境最接近。

3.2.1 osal.c移植

主要內容是實現osal_usleep和osal_gettimeofday兩個函數。

我開始思路是自定義一個定時器用于EtherCAT，當時用了Timer4。等實現差不多了，發現系統時鐘用的是Timer5，很多地方功能重復。最終和系統共用Timer5，省了個Timer，代碼也簡化了不少。下面就是改動過的相關代碼，osal_timer_init這個初始化函數要在啟動EhterCAT功能之前調用。

 1staticrt_uint32_tus_ticks;
 2voidosal_timer_init(void)
 3{
 4rt_uint32_tcmp=ETIMER_GetCompareData(5);
 5us_ticks=1*cmp/(1000000/RT_TICK_PER_SECOND);
 6rt_kprintf("rt-threadhwtimer51us=%dticks
",us_ticks);
 7}
 8intosal_usleep(uint32usec)
 9{
10//udelay(usec);
11/*ajustmentforprecision*/
12//usec-=usec/4080;
13usec-=usec/1500;
14/*rt_hw_us_delayworkforadelaylessthan16us*/
15do{
16if(usec>=1000)
17{
18rt_hw_us_delay(1000);
19usec-=1000;
20}else{
21rt_hw_us_delay(usec);
22usec=0;
23}
24}while(usec>0);
25return0;
26}
27intosal_gettimeofday(structtimeval*tv,structtimezone*tz)
28{
29//returngettimeofday(tv,tz);
30RT_ASSERT(tv!=NULL);
31rt_uint32_ttimer_tick,rt_tick;
32rt_base_tlevel=rt_hw_interrupt_disable();
33timer_tick=ETIMER_GetCounter(5);
34rt_tick=rt_tick_get();
35rt_hw_interrupt_enable(level);
36tv->tv_sec=rt_tick/1000;
37tv->tv_usec=(rt_tick%1000)*1000+timer_tick/us_ticks;
38return0;
39}

3.2.2 oshw.c移植

不需做什么工作。

3.2.3 nicdrv.c移植

主要修改就是調用自己的網絡發送和接收函數，我把它們命名為net_send和net_recv。這兩個函數最好的實現是直接操作網卡（或者叫emac），我現在的實現參考了tcpdump的方法，在協議棧中加鉤子（hook）實現，這樣對原來系統影響最小，網口除了EtherCAT，還可以當正常的網口用。

ecx_setupnic函數中創建mutex（這個按照rt-thread格式改一下即可），安裝網絡鉤子

ecx_closenic函數中刪除mutex，卸載網絡鉤子。

3.2.4 net_hook.c實現

主要實現EtherCAT數據幀收發，中間加了個環形緩沖區用于接收。具體原理就是在網卡加個鉤子函數，有數據來的時候先經過鉤子函數，我們把EtherCAT數據幀截住，不傳給原來的lwip協議棧；如果要發送數據，就直接調用發送函數，繞過lwip協議棧。這樣也不影響lwip協議棧工作。

具體實現見附件。

3.2.5 some基本功能測試

采用官方的slave_info測試代碼，測試主要分為時鐘測試和soem EtherCAT協議棧基本功能測試。在終端中輸入 soem_test + 回車即可。

我接了一個匯川IS620N驅動器，下面是輸出的部分內容：

 1Slave:1
 2Name:IS620N
 3Outputsize:96bits
 4Inputsize:224bits
 5State:4
 6Delay:0[ns]
 7HasDC:1
 8DCParentport:0
 9Activeports:1.0.0.0
10Configuredaddress:1001
11Man:00100000ID:000c0108Rev:00010001
12SM0A:1000L:128F:00010026Type:1
13SM1A:1400L:128F:00010022Type:2
14SM2A:1800L:12F:00010064Type:3
15SM3A:1c00L:28F:00010020Type:4
16FMMU0Ls:00000000Ll:12Lsb:0Leb:7Ps:1800Psb:0Ty:02Act:01
17FMMU1Ls:0000000cLl:28Lsb:0Leb:7Ps:1c00Psb:0Ty:01Act:01
18FMMUfunc0:11:22:03:0
19MBXlengthwr:128rd:128MBXprotocols:04
20CoEdetails:0dFoEdetails:00EoEdetails:00SoEdetails:00
21Ebuscurrent:0[mA]
22onlyLRD/LWR:0

4. 運動控制測試

基礎工作做好以后，我們就能真正的控制電機運行了。在控制電機運行之前，還需要了解CIA402相關的規范，啟動伺服需要按照規范要求，按順序來。

程序主要流程如下，具體代碼見附件。

a)初始化時鐘 osal_timer_init

b)初始化網卡ec_init

c)等待進入INIT態

d)初始化驅動器（is620n）ec_config_init

e)DC配置

f)申請并等待進入Pre-OP態

g)配置過程數據TxPDO/RxPDO（自定義函數process_data_config）

h)配置FMMU ec_config_map

i)申請并等待進入Safe-OP態

j)設置CSP模式

k)發送和接收過程數據1次，觸發SLAVE

l)申請并等待進入OP態

m)進入過程數據收發循環

在進入數據數據收發循環后，按次序發送控制字啟動伺服（6040h發送6，7和15），然后就可以不斷發送新的控制位置讓電機轉起來了！

5. 總結

整個移植過程還是充滿了挑戰，主要也是因為今年才開始接觸EtherCAT，很多概念是邊學邊用，網上也參考了不少同學的帖子。很多人反應匯川的伺服用SOEM驅動DC同步模式總是有問題，確實遇到了很多奇奇怪怪的問題。經過這兩個月的折騰，總算開了個頭，基礎打好了。

下一步可優化的就是現在的網絡移植改用直接操作emac，這樣可以減少網絡抖動。

附件程序里還參考本站貼子移植了uffs文件系統，編譯如果有問題，可能還需要下載uffs、ramdisk、optparse和netutils包。

鏈接:

https://pan.baidu.com/s/1uWbiUfzX1R061OJQ5LG6OQ?pwd=wdtt

提取碼: wdtt

SOEM已經提交PR #1260，等待通過。有問題可通過本帖留言或郵件聯系我，大家一起改進。

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https://club.rt-thread.org/ask/article/160414965e80294e.html

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原文標題：NUC980 DIY項目大挑戰 - EtherCAT實現

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