EtherCAT总线伺服驱动器硬件方案三种常见现场总线技术的巅峰之选

在开发EtherCAT总线伺服驱动器时,存在多种硬件策略可供选择:(1)纯网络驱动器,不带外设如脉冲、模拟量或液晶显示。这种方案可以采用ESC+DSP、FPGA(IP核心)+DSP或单个FPGA(软核/硬核+IP)的组合。KPA从站协议通常部署在DSP、软核或硬核上,挑战在于FPGA中的IP核心与软核技术以及内部高速总线的应用和调试。(2)网络与传统驱动器结合,既支持EtherCAT又兼容传统脉冲、模拟量等。可选方案包括ESC+DSP+FPGA(CPLD)、FPGA(IP核心)+DSP和ARM+ESC。此类主流ESC产品有倍福的ET1100/ET1200、Microchip的LAN9252以及赫优讯的Netx51/52等。

此外,还有一些集成CPU及ESC功能的方案,如TIAM335X系列英飞凌XMC4800和瑞萨RZ/T系列。无论采取哪种EtherCAT伺服驱动器,无论是基于软件还是硬件实现,从站通信都是关键。在对比不同重要方案时,我们需要关注以下几个关键点:

关于IP核心:从站IP核心是一种替代传统物理层设备的概念,它提供了处理数据链路同步事件等功能,但仍需配合KPA从站协议栈完成具体通信逻辑。

关于FPGA:为了实现FPGAs上的EtherCAT功能,我们通常使用ICore来构建相关模块,如FieldbusMemoryManagementUnits(FMMUs)、SyncManagers, DCsupport,PDI等,这些都能被配置为满足特定需求。

两种常见的 FPGA 实现方式包括将 ESC 和 软件内核集成到 FPGAs 中,然后通过片内总线进行交互;或者仅使用 FPGAs 来执行 EtherCAT 功能部分,并通过 SPI 或 并口 总线连接到外部主机。这两种方法中,后者使用 FPGA 的硬质内核如 Xilinx 的 ZYNQ 提供更高性能。

综上所述,无论是 DSP, ARM 还是其他微控制器,如 51, AVR 等,都可以作为复杂从站的一部分,因为它们不仅包含输入输出操作,还涉及到更多复杂任务。而这些微控制器与 ESC 之间必须遵循特定的从站协议,以便通过 PDI 接口获取所需信息。在实际开发过程中,与 EtherCAT 数据帧无关的是由 ESC 处理的事务,而我们只需在一个微控制器上加载相应协议并适配它与 ESC 之间的通信机制,即可完成整个系统设计。

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