虹科KPA EtherCAT主站是一款協議棧產品，能夠使用戶快速利用EtherCAT技術的所有好處，例如實時操作、極短的循環時間、以及最低成本的最高性能。該協議棧的先進架構專注于可移植到不同的操作系統，可適配到各種硬件平臺、并且可通過基礎（Class B）、標準（Class A）和超值包進行縮放。本篇文章將介紹虹科KPA EtherCAT主站軟件如何基于Xilinx ZYNQ UltraScale+做移植測試。

# Description

開發環境

#硬件開發板：Xilinx HW-Z1-ZCU102 revision1.1

#EtherCAT主站軟件開發包：

MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip

HW_SAMPLE_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip

備注：由于前期軟件開發包是基于revision1.0的硬件以及vivado2018.3移植測試的，導致該軟件包在vivado2018.3和新版本硬件移植測試出現問題，具體問題是制作完boot.bin后，上電沒法啟動運行；查了一下xilinx官網，說是新版本硬件需要使用vivado2019.1及其以上版本，后來在vivado 2019.1重新創建IPcore硬件工程，工程文件是zcu102_freeRTOS，重新生成bit文件(zcu102_freertos\project_1\project_1.sdk\design_1_wrapper_hw_platform_0)和fsbl.elf文件(zcu102_freertos\project_1\project_1.sdk\fsbl\Release)覆蓋軟件包原路徑(\\externals\boot)的bit文件和fsbl.elf，問題解決；

Step1 軟件安裝

1. 安裝KPA studio軟件，Studio_v1.12.417.0_x86.zip；2. 安裝基于windows的主站插件，MRT_WIN32_TRIAL_v1.6.44171.0.msi；3. 安裝cmake環境，可到cmake官網下載exe安裝，安裝后查詢到cmake版本如下：參考《KPA Studio簡易操作手冊.pdf》使用EtherCAT配置軟件，導出網絡配置文件/ENI文件，可命名為master.xml或者其他名字，需與mkpa_config.h中命名保持一致，導出的ENI文件，格式一定要選擇null-terminated格式。

Step2 軟件編譯

MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip解壓到mdk_a53文件夾下

進入\mdk_a53\samples路徑下修改對應樣例程序，此處每個不同的樣例程序包含不同的API，具有不同的功能，此處以24_DriveRotationCiA402為例，這是一個簡單運行單軸伺服的樣例程序，為了適配邁信伺服驅動器，需保持C文件中的描述和ENI文件描述一致，修改后保存

進入\mdk_a53下，打開build.bat，修改編譯器路徑，路徑是xilinx SDK安裝路徑

運行cmd，進入該路徑下，運行build.bat,編譯所有樣例代碼，包括編譯24樣例，在\build\samples路徑下生成24_DriveRotationCiA402.elf文件

Step3 創建和運行boot.bin

進入mdk_a53\externals\boot路徑，根據readme文件以及24_DriveRotationCiA402.bif文件；

拷貝zcu102_freeRTOS內vivado工程生成的design_1_wrapper.bit()文件到該路徑下,覆蓋原來bit文件；

zcu102_freertos\project_1\project_1.sdk\fsbl\Release下的fsbl.elf拷貝到該路徑下，覆蓋原來fsbl.elf文件；

拷貝\build\samples路徑下生成的24_DriveRotationCiA402.elf到該路徑下；

拷貝生成的ENI文件（master.xml）文件到該路徑下

打開Xilinx XSCT tool進入到\externals\boot路徑下，生成boot.bin

將boot.bin文件拷貝到SD卡中，設置開發板SD卡啟動，上電運行

Step4 性能測試

一般情況下EtherCAT主站性能測試會關注主站通訊周期，circle time是否穩定，抖動多少，因此可以設置在不同的circle time，比如2ms，1ms，500us，250us，125us等條件下測試抖動，可以采用第三方的抓包工具+wireshark進行報文分析，不同主站周期，需要修改代碼以及ENI文件的circle time，此處以1ms主站周期，郵箱任務周期是5ms（主站周期的5倍）抓包方式，主站和從站直接接入第三方的抓包工具，連接方式如下示意圖，可以先運行主站，待主從通訊穩定后，再進行數據抓包，這樣抓出來的數據包就是pdo數據/過程數據，也可以主站啟動前，開始抓包，這樣就可以把整個啟動過程的數據抓取出來，但是過濾時，op前的報文數據就不是我們需要分析的數據了。

對Wireshark數據包進行針對性分析，設置時間顯示格式如下：

使用ecat.ado == 0x130命令，過濾出從站在第幾條報文處進入op狀態的，這里是33900，意味著33900前的報文不能用于分析circle time，因為pdo數據/周期性數據只在從站進入op后才被發送分析周期性報文，注意到每個周期性報文包含三個子報文(邏輯尋址)以及一個DC相關的ARMW命令過濾出周期性報文，使用該指令ecat.sub1.cmd == LRD && ecat.sub1.cnt == 0，過濾出子報文1為LRD且計算器值為0（表示從主站發出，未經過從站）的周期性報文，選擇三角進行報文排序，可以是從小到大，或者從大到小最小周期是999.496us

最大周期1000.536us

結論：可以看出1ms主站周期下，基于zcu102開發板，測試出來的主站周期的抖動是ns級別，實際在500us和250us，125us條件下，抖動都是在ns級別。