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本帖最后由 Tronlong123 于 2024-3-29 10:12 编辑
) W. S# }9 l% [) F% e1 |" H) u. u4 b" s( A. b5 i6 r
本文将为各位工程师演示全志T507-H工业评估板（TLT507-EVM）基于IgH EtherCAT控制伺服电机方法，生动说明Linux-RT + Igh EtherCAT的强大之处！ 同时，我们对于T3/A40i、T113-i、RK3568、RK3588J、AM62x、AM64x、NXP i.MX 8M Plus等平台也提供了开源EtherCAT主站IgH案例。 % g+ E$ I; E' O1 J; X! H
Linux-RT系统的优势 - 内核开源、免费、功能完善。 - RT PREEMPT补丁，使Linux内核成为硬实时操作系统，无需完整的内核重写。 - 既有实时性，又有相同的开发生态系统（包括相同工具链、文件系统和安装方法，以及相同的POSIX API等）,实现产品快速上市的期望。
* Z" X% }2 D% v/ }3 lLinux-RT实时性测试（Cyclictest工具） Cyclictest常用于实时系统的基准测试，是评估实时系统相对性能的最常用工具之一。Cyclictest反复测量并精确统计线程的实际唤醒时间，以提供有关系统的延迟信息。它可测量由硬件、固件和操作系统引起的实时系统的延迟。 基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板），按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作，使用Cyclictest程序测试系统实时性，得出如下测试结果。 9 p: R* a1 k% R. W
图1 Linux-RT-4.9.170内核测试结果
4 X: [+ n+ ^2 @) J7 c B' P" u
2 N3 |* d0 ?& ]' X
图2 Linux-4.9.170内核测试结果 对比测试数据，可看到基于Linux-RT-4.9.170内核的系统的延时更加稳定，最大延时更低，系统实时性更佳。 % r" ~! G1 V" ], ~/ z
Linux-RT性能测试 基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板），按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作，测试分别在CPU空载、满负荷（运行stress压力测试工具）、隔离CPU核心的情况下，得出如下测试结果。 备注：测试数据与实际测试环境有关，仅供参考。 . X- c- k# l" ~
图3 CPU空载状态
5 l, F7 j! l) k/ h3 a# TCPU空载状态测试，CPU0、CPU1核心Max Latencies值最大，为69us，CPU3核心的Max Latencies值最小，为66us。 图4 CPU满负荷状态 CPU满负荷状态测试，CPU0核心Max Latencies值最大，为88us，CPU3核心的Max Latencies值最小，为64us。 ; Z7 J+ ]1 c: Z# p' ^% b3 a
图5 隔离CPU核心状态 2 F( x3 n {8 l5 E
! ^" y/ i1 Z& }- U
. v) U* f; q- m/ [- W* H) f( P2 |隔离CPU核心状态测试，CPU0核心Max Latencies值最大，为73us，隔离CPU3核心的Max Latencies值最小，为41us。 测试结果如下表所示： # a8 L; u5 Z2 o/ t6 Q
" P6 D# h! A% ?( Z# W | Max Latencies | / C- B# W7 S v: M+ B! L4 b
| 最小值 | 最大值 | CPU空载状态 | 66us(CPU3) | 69us(CPU0、CPU1) | CPU满负荷状态 | 64us(CPU3) | 88us(CPU0) | 隔离CPU核心状态 | 41us(CPU3) | 73us(CPU0) |
: D$ W4 E2 K3 G8 N5 T# D
根据CPU空载、CPU满负荷、隔离CPU核心三种状态的测试结果可知：当程序指定至隔离的CPU3核心上运行时，Linux系统延迟最低，可有效提高系统实时性。故推荐对实时性要求较高的程序（功能）指定至T507-H隔离的CPU核心运行。
# M& r& P/ o, g% OT507-H的典型应用领域 图6 T507-H核心板典型应用领域 % b% C* g: c1 X/ r0 ^
基于全志T507-H的Linux-RT + IgH EtherCAT主站演示 下文主要介绍基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板）案例，按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作得出测试结果。
! U0 u( V! n; w6 q, Z J i本次演示的开发环境： Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit Linux开发环境：Ubuntu18.04.4 64bit 虚拟机：VMware16.2.5 U-Boot：U-Boot 2018 Kernel：Linux-RT-4.9.170 LinuxSDK：LinuxSDK-[版本号].tar.gz（基于全志官方V2.0_20220618） IgH EtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723 伺服驱动器：台达ASD-A2-0121-E 伺服电机：台达ECMA-C10401GS *硬件平台：TLT507-EVM评估板（基于全志T507-H） IgH EtherCAT简介 IgH EtherCAT为运行于Linux系统的免费开源EtherCAT主站程序，框架如下所示，官方文档：https://www.etherlab.org/download/ethercat/ethercat-1.5.2.pdf。 - T! @ m, j$ a' T: B7 H u; Q. M
u' a) K) Z. T4 F
图7 7 b( ?; i( m* l- P( M" p/ @8 E7 r
IgH EtherCAT主站通过构建Linux字符设备，应用程序通过对字符设备的访问实现与EtherCAT主站模块的通信。 IgH EtherCAT开发包提供EtherCAT工具，该工具提供各种可在Linux用户层运行的命令，可直接实现对从站的访问和设置，如设置从站地址、显示总线配置、显示PDO数据、读写SDO参数等。 IgH EtherCAT官网：https://www.etherlab.org/en/ethercat。 案例说明 案例功能：EtherCAT通讯周期时间为1ms，控制伺服电机正转和反转，并通过串口循环打印EtherCAT通讯周期时间的最大值和最小值。 ) x j! T4 b' g2 x% i! V/ R
（1）正转：伺服电机目标速度从0加速到10000，当达到10000速度后，控制伺服电机减速至0，循环运行。
+ K$ F; k; t% i/ H- Z6 D5 }" I（2）反转：伺服电机目标速度从0加速到-10000，当达到-10000速度后，控制伺服电机减速至0，循环运行。
3 r# d- c" U; B; {$ i* t) f
" O4 k9 R; i5 M# f4 F4 \图8 5 ]9 B& q+ ^: `* P1 s: c/ f N
为便于测试，我司提供已验证的基于Linux-RT编译生成的内核镜像文件和内核模块，位于产品资料“4-软件资料\Linux\Kernel\image\linux-4.9.170-[版本号]-[Git系列号]\”目录下。 请将Linux-RT内核镜像boot-rt.fex和Linux-RT内核配套的内核模块modules-rt目录下4.9.170-[版本号]-[Git系列号].tar.gz压缩包的拷贝至评估板文件系统目录下。 执行如下命令，将boot-rt.fex重命名为boot.fex，同时将内核模块压缩包解压。 Target#mv boot-rt.fex boot.fex Target#tar -zxf 4.9.170-rt129-g4c65c66.tar.gz
! i! W2 s0 J2 R! }, S
% ]: Q& Q4 K a* h- a- G
图9
$ C7 V+ H* G) C执行如下命令替换内核镜像和内核模块，评估板重启生效。 备注：mmcblk1为Micro SD对应的设备节点，如需固化至eMMC，请将设备节点修改为mmcblk0。 Target#dd if=boot.fex of=/dev/mmcblk1p3 conv=fsync Target#rm /lib/modules/* -RF Target#cp $(uname -r) /lib/modules/ -r Target#sync Target#reboot
! ^. a' f I; L, A3 c1 M图10 图11 案例测试* v" \/ T# T8 ]% J5 Q% j0 B/ U1 X
请按下图所示使用网线连接评估板ETH0 RGMII网口和伺服驱动器A的IN网口，将伺服驱动器A的OUT网口使用网线连接至伺服驱动器B的IN网口。: c0 L8 l L) `3 ~
图12 图13
: y X0 ^ Z5 y" \- _6 l为便于测试，我司提供的经验证的IgH EtherCAT主站程序为案例"igh_ethercat\images\"目录下的ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz压缩包，将其拷贝至评估板文件系统任意目录下。 执行如下命令，解压ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz压缩包将会得到_install文件夹。 Target#tar -zxf ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz 图14 执行如下命令，并查询评估板网卡物理地址。 Target#ifconfig
8 v) U' u* |+ k" A: i. d6 d% w8 s( v图15 : ^: ^" }8 p- Q9 ]1 p
执行如下命令，加载驱动模块。 Target#insmod -f /root/_install/modules/ec_master.ko main_devices=46:99:F6:AB:1F:19 ) R+ l4 Q9 q' f4 ^$ O9 {
图16 执行如下命令，拷贝EtherCAT主站相关文件至评估板文件系统。 Target#mkdir /etc/sysconfig Target#cp /root/_install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfig Target#ls /lib/modules/$(uname -r)//查看是否已创建modules目录 Target#cp ./_install/modules/ec_master.ko /lib/modules/$(uname -r) Target#depmod -a //同步模块依赖关系，同步过程中打印警告请忽略 图17
3 J& }( @2 i1 B' m执行如下命令，启动EtherCAT主站。 Target#/root/_install/etc/init.d/ethercat start 图18
% u/ k0 w' y) z0 ^4 W/ m% t! u执行如下命令，加载ec_generic.ko驱动文件。 Target#insmod -f /root/_install/modules/ec_generic.ko 图19 执行如下命令，添加IgH动态链接库路径。 Target#export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/root/_install/lib
6 L: I0 a E/ N. {6 Z: |, B; `- p! e+ k# I
图20 * O% I! v5 g# P U1 q
将案例bin目录下的igh_ethercat_dc_motor可执行文件拷贝至评估板文件系统，执行如下命令查看参数信息。 Target#./igh_ethercat_dc_motor --help ; N% R1 d# \0 X- v% r/ Y4 q
图21
% }! [& _, D# b5 P: e% d, }执行如下命令，控制两台伺服电机同时正转。 Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 0
+ o7 \! B; N; [9 B6 ^& ]. Z& J图22 图23
0 o0 c. Q. N" _6 q" g: x5 k按下"Ctrl + C"，停止运行程序。
0 x( B/ n2 }" [! g$ z7 {2 n" |7 K图24 执行如下命令，控制两台伺服电机同时反转。 Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 1 图25 图26* z; ?$ c5 G0 z
按下"Ctrl + C"，停止运行程序。
0 q0 T; p% r# s1 o图27
0 n' B: Y1 @6 h3 ]测试结果如下表所示：
: S G3 ]* ^& r: u6 V8 j n | | | | | | | | | | | | | EtherCAT任务调度抖动的区间为[-186us,184us] |
9 h. @: o+ r4 H" G) H+ S参数解析： （1）latency：等待唤醒时间(ns)。 （2）period：EtherCAT通讯周期时间(ns)。 （3）exec：接收和发送EtherCAT数据时间(ns)。 ( M+ |8 p! B- S" e( A! n2 O# E
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发表于 2024-3-29 15:54