前 言

創龍科技研發的 TL3588-EVM 評估板可基于 IgH EtherCAT 實現伺服電機控制。為助力開發者掌握相關開發要點，本文先介紹 IgH EtherCAT，再詳述案例測試（多模式多狀態電機控制與抖動統計）、編譯流程及核心代碼，覆蓋環境配置、驅動加載與程序運行，幫助開發者高效完成評估板 IgH EtherCAT 主站開發與電機控制功能實現。

本文檔適用開發環境：

Windows開發環境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

開發環境：VMware16.2.5、Ubuntu20.04.6 64bit

U-Boot：U-Boot-2017.09

Kernel：Linux-RT-5.10.160

LinuxSDK：LinuxSDK-[版本號]（基于rk3588_linux_release_v1.2.1_20230720）

IgHEtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723

伺服驅動器：臺達ASD-A2-0121-E

伺服電機：臺達ECMA-C10401GS

我司默認使用的是Linux內核，同時提供了Linux-RT內核boot-rt.img位于產品資料“4-軟件資料DebianKernelimagelinux-5.10.160-[版本號]-[Git系列號]”目錄下，版本號、Git序列號以實際情況為準。請按照如下方法替換為Linux-RT內核。

請將boot-rt.img鏡像拷貝至評估板文件系統任意目錄下。執行如下命令，替換內核鏡像至系統啟動卡，評估板重啟生效。

備注：如需固化至eMMC，請將設備節點修改為"/dev/mmcblk0p3"。

Target# dd if=boot-rt.img of=/dev/mmcblk1p3

Target# sync

Target# reboot

圖 1

圖 2?Linux-RT內核

我司提供的IgH EtherCAT主站開發案例igh_ethercat_dc_motor位于產品資料“4-軟件資料Demo”目錄下，主要包含src、bin和igh_ethercat等文件夾，具體說明如下。

表 1

IgHEtherCAT簡介

IgH EtherCAT為運行于Linux系統的免費開源EtherCAT主站程序，框架如下所示。

圖 3

IgHEtherCAT主站通過構建Linux字符設備，應用程序通過對字符設備的訪問實現與EtherCAT主站模塊的通信。

IgH EtherCAT開發包提供EtherCAT工具，該工具提供各種可在Linux用戶層運行的命令，可直接實現對從站的訪問和設置，如設置從站地址、顯示總線配置、顯示PDO數據、讀寫SDO參數等。

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

案例說明

案例功能：EtherCAT通訊周期時間為1ms，控制伺服電機正轉和反轉，并通過串口循環打印EtherCAT通訊周期時間的最大值和最小值。

（1）正轉：伺服電機目標速度從0加速到10000，當達到10000速度后，控制伺服電機減速至0，循環運行。

（2）反轉：伺服電機目標速度從0加速到-10000，當達到-10000速度后，控制伺服電機減速至0，循環運行。

圖 4

案例測試

在本案例測試過程中，程序均在隔離CPU環境下運行，并分別采用SCHED_FIFO和SCHED_DEADLINE兩種進程調度策略，在空載狀態、滿負荷狀態下持續運行12小時。

請按下圖所示使用網線連接評估板ETH1網口和伺服驅動器A的IN網口，將伺服驅動器A的OUT網口使用網線連接至伺服驅動器B的IN網口。

圖 5

圖 6

本次測試以隔離CPU4核心為例進行演示，評估板上電前長按"Ctrl + C"進入U-Boot命令行模式，修改環境變量，隔離CPU4核心，保存環境變量后重啟評估板。

U-Boot# setenvbootargs"storagemedia=emmc androidboot.storagemedia=emmc androidboot.mode=normalisolcpus=4"

U-Boot# saveenv

U-Boot# reset

圖 7

進入評估板文件系統，執行如下命令，確認已正確隔離CPU。

Target# cat /proc/cmdline

圖 8

為便于測試，我司提供經驗證的IgHEtherCAT主站程序為案例"igh_ethercatimages"目錄下的ethercat-stable-[版本號]-[Git序列號].tar.gz壓縮包，將其拷貝至評估板文件系統任意目錄下。版本號、Git序列號請以實際情況為準。將案例bin目錄下的igh_ethercat_dc_motor可執行文件拷貝至評估板文件系統。

執行如下命令，解壓IgHEtherCAT主站程序壓縮包，得到_install文件夾。

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

圖 9

執行如下命令，并查詢評估板網卡物理地址。

Target# ifconfig

圖 10

執行如下命令，加載驅動模塊，命令中"0e:e2:85:a1:c8:fd"為評估板網卡物理地址，請根據實際情況修改。

Target# insmod-f /root/_install/modules/ec_master.ko main_devices=0e:e2:85:a1:c8:fd

圖 11

執行如下命令，拷貝EtherCAT主站相關文件至評估板文件系統。

Target# mkdir /etc/sysconfig

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

Target# mkdir -p /lib/modules/$(uname -r)

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

Target# depmod -a

備注：此處的警告信息不影響測試結果，忽略即可。

圖 12

執行如下命令，啟動EtherCAT主站。

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

圖 13

執行如下命令，加載ec_generic.ko驅動文件。

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

圖 14

執行如下命令，添加IgH動態鏈接庫路徑。

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

Target# sync

圖 15

執行如下命令，修改內核信息打印級別。

Target# echo 1 4 1 7 > /proc/sys/kernel/printk

圖 16

執行如下命令，可查看igh_ethercat_dc_motor程序相關參數信息。

Target# ./igh_ethercat_dc_motor --help

圖 17

參數解釋

（1）-d：指定電機轉向，0：正轉，1：反轉；

（2）-v：打印程序版本信息；

（3）-s：選擇進程調度策略模式。程序執行時未使用-s參數或-s參數值為0，進程調度策略默認為SCHED_FIFO；若使用-s參數且參數值為1，進程調度策略為SCHED_DEADLINE，后面未添加參數值[xxx xxx xxx]則使用默認參數值，其中sched-runtime值表示運行時間、sched-deadline值表示相對的期限、sched-period值表示周期，單位均為ns；

（4）-help：查看程序運行參數。

電機正轉

SCHED_FIFO模式（空載狀態）

該測試狀態為程序運行在隔離CPU，程序進程調度策略設置為SCHED_FIFO，進程優先級設置為最高，空載狀態測試12個小時。

執行以下命令，控制兩臺伺服電機同時正轉。

Target# taskset -c 4 ./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 0 > log.txt &

圖 18

打印信息"2554"為進程號，請根據實際進程號，執行如下命令，確認進程調度策略。

Target# chrt -p 2554

圖 19

如需停止運行后臺程序，請執行如下命令。

Target# kill -9 2554

圖 20

SCHED_FIFO模式（滿負荷狀態）

該測試狀態為程序運行在隔離CPU，程序進程調度策略設置為SCHED_FIFO，進程優先級設置為最高，滿負荷狀態壓力測試12個小時。

執行以下命令，控制兩臺伺服電機同時正轉。

Target# stress --cpu 8--io 8--vm 8-t 43200 &

Target# taskset -c 4./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 0> log.txt &

圖 21

打印信息"2785"為進程號，請根據實際進程號，執行如下命令，確認進程調度策略。

Target# chrt -p 2785

圖 22

如需停止運行后臺程序，請執行如下命令。

Target# kill -9 2785

圖 23

SCHED_DEADLINE模式（空載狀態）

該測試狀態為程序運行在隔離CPU，程序進程調度策略設置為SCHED_DEADLINE、進程優先級設置為最高，空載狀態測試12個小時。

執行如下命令，控制兩臺伺服電機同時正轉。

Target# taskset -c 4./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 1> log.txt &

圖 24

打印信息"2874"為進程號，請根據實際進程號，執行如下命令，確認進程調度策略。

Target# chrt -p 2874

圖 25

如需停止運行后臺程序，請執行如下命令。

Target# kill -9 2874

圖 26

SCHED_DEADLINE模式（滿負荷狀態）

該測試狀態為程序運行在隔離CPU，進程調度策略設置為SCHED_DEADLINE，優先級設置為最高，滿負荷狀態壓力測試12個小時。

執行以下命令，控制兩臺伺服電機同時正轉。

Target# stress --cpu 8--io 8--vm 8-t 43200 &

Target# taskset -c 4./igh_ethercat_dc_motor -d 0-s 1> log.txt &

圖 27

打印信息"2985"為進程號，請根據實際進程號，執行如下命令，確認進程調度策略。

Target# chrt -p 2985

圖 28

如需停止運行后臺程序，執行如下命令。

Target# kill -9 2985

圖 29

統計結果分析

程序運行輸出的打印信息保存到了log.txt，停止后臺運行程序后，執行如下命令查看log.txt部分內容。

Target# head -n100 log.txt

圖 30

參數解釋：

（1）latency：等待喚醒時間(ns)；

（2）period：EtherCAT通訊周期時間(ns)；

（3）exec：接收和發送EtherCAT數據時間(ns)。

案例設置period為1ms，通過分析log.txt得到12小時的period最小值和period最大值（period單位：納秒），通過分析計算period得到12個小時的period抖動值（period最大值 - period最小值），從period抖動值中分析、計算得到period最大抖動值、period平均抖動值。

對log.txt文件內容進行數據分析后，得到如下結果。

表 2

備注：從表中數據可知，SCHED_DEADLINE模式在空載、滿負荷狀態都比SCHED_FIFO模式抖動值小，建議使用SCHED_DEADLINE模式。

電機反轉

請參考上述“電機正轉”測試方法，將運行igh_ethercat_dc_motor可執行程序命令中的"-d 0"參數修改為"-d 1"。

?審核編輯 黃宇