EtherCAT总线伺服驱动器硬件方案正如同can总线在汽车上的应用一般无处不在

在探索EtherCAT总线伺服驱动器的硬件方案时,我们发现有两种主要的设计思路:一种是纯粹的EtherCAT解决方案,另一种则结合了传统技术。首先,我们来看第一个选项,其中伺服驱动器不包含额外的外设,如脉冲或模拟量输入/output,以及LCD显示屏。所有控制指令和操作都通过EtherCAT总线进行。在这种情况下,我们可以采用ESC与DSP(数字信号处理器)搭配使用,或者FPGA(现场可编程门阵列)与DSP共同工作,或仅使用单一FPGA实现功能。此外,还有一种KPA从站协议加载在DSP、软核或硬核上,挑战在于FPGA中IP核心与软核技术、以及内部高速总线应用和调试。

其次,我们考虑第二种方法,即将传统驱动器与EtherCAT集成,使其能够同时支持两个不同的通信协议。这意味着我们可以选择ESC+FPGA(CPLD)组合、FPGA(IP核心)+DSP对应关系,或ARM微处理器加上ESC作为整体解决方案。主流的ESC芯片包括倍福公司ET1100/ET1200系列、微芯片公司LAN9252,以及赫优讯提供的Netx51/52等。

此外,不少现代嵌入式系统如TIAM335X、英飞凌XMC4800及瑞萨电子RZ/T系列已经内置了CPU与ESC功能,这些都是集成型解决方案,无需额外部件。

无论采取哪种形式构建 EtherCAT 伺服驱动器,其关键比较如下:

重要概念解析:

IP核心:即使以IP核心形式存在,从站功能仍然保持原有的作用,只不过替代了传统的ET1100/ET1200等设备。虽然使用IP核心实现从站,但软件层面上的KPA从站协议栈依然是必要之举,以确保正确执行从站通信。

FPGA:为了实现基于FPGA结构中的Ethernet Communication Link Layer (ECLL) 功能,通常会采用ICore方式集成 EtherCAT 通信能力。这些ICores 可以配置为支持 FMMUs (Fieldbus Memory Management Units), SyncManagers, DCsupport 和 PDI 等关键功能。

FPGA 实现方式有两种:一是将 ESC 和 软核 uC 集成到同一颗 FPGAs 上,然后通过内部高速总线进行数据交换;另一种是在 FPGAs 上仅实现 EtherCAT 功能部分,而将主机连接至该板子,并通过 SPI 或 并行接口 进行数据交换。当谈及硬核 FPGAs 时,如 Xilinx 的 ZYNQ 系列就是典型代表。

综上所述,无论是 DSP, ARM 微处理器还是其他类似单片机如 AVR 或者 51 单片机,都属于微控制单元类型,它们若搭配 ESC 从而形成复杂从站在一起,便构成了高级别但更复杂的一套系统。在这个系统中,μC 与 ESC 之间需要遵循一定规则才能完成有效信息交互。而且,在任何形式的从站开发过程中,与 EtherCAT 数据帧本身没有直接关联,因为这部分由真正负责数据帧管理的是 ESC 组件。而对于从站在 μC 上进行开发,只需确保 μC 加载正确版本并适当调整用于向 ESC 发送指令,同时保证良好的双方通信协调。此处无论是否采用真实物理设备还是 IP 核心逻辑均可满足需求。

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