创龙瑞芯微 RK3588 国产2.4GHz八核工业开发板—IgH EtherCAT主站开发案例（上）-电子发烧友网

前言

创龙科技研发的 TL3588-EVM 评估板可基于 IgH EtherCAT 实现伺服电机控制。为助力开发者掌握相关开发要点，本文先介绍 IgH EtherCAT，再详述案例测试（多模式多状态电机控制与抖动统计）、编译流程及核心代码，覆盖环境配置、驱动加载与程序运行，帮助开发者高效完成评估板 IgH EtherCAT 主站开发与电机控制功能实现。

本文档适用开发环境：

Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

开发环境：VMware16.2.5、Ubuntu20.04.6 64bit

U-Boot：U-Boot-2017.09

Kernel：Linux-RT-5.10.160

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

IgHEtherCAT：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

我司默认使用的是Linux内核，同时提供了Linux-RT内核boot-rt.img位于产品资料“4-软件资料DebianKernelimagelinux-5.10.160-[版本号]-[Git系列号]”目录下，版本号、Git序列号以实际情况为准。请按照如下方法替换为Linux-RT内核。

请将boot-rt.img镜像拷贝至评估板文件系统任意目录下。执行如下命令，替换内核镜像至系统启动卡，评估板重启生效。

备注：如需固化至eMMC，请将设备节点修改为"/dev/mmcblk0p3"。

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

Target# sync

Target# reboot

图 1

图 2 Linux-RT内核

我司提供的IgH EtherCAT主站开发案例igh_ethercat_dc_motor位于产品资料“4-软件资料Demo”目录下，主要包含src、bin和igh_ethercat等文件夹，具体说明如下。

表 1

IgHEtherCAT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。

图 3

IgHEtherCAT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。

（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。

（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。

图 4

案例测试

在本案例测试过程中，程序均在隔离CPU环境下运行，并分别采用SCHED_FIFO和SCHED_DEADLINE两种进程调度策略，在空载状态、满负荷状态下持续运行12小时。

请按下图所示使用网线连接评估板ETH1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。

图 5

图 6

本次测试以隔离CPU4核心为例进行演示，评估板上电前长按"Ctrl + C"进入U-Boot命令行模式，修改环境变量，隔离CPU4核心，保存环境变量后重启评估板。

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

U-Boot# saveenv

U-Boot# reset

图 7

进入评估板文件系统，执行如下命令，确认已正确隔离CPU。

Target# cat /proc/cmdline

图 8

为便于测试，我司提供经验证的IgHEtherCAT主站程序为案例"igh_ethercatimages"目录下的ethercat-stable-[版本号]-[Git序列号].tar.gz压缩包，将其拷贝至评估板文件系统任意目录下。版本号、Git序列号请以实际情况为准。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，解压IgHEtherCAT主站程序压缩包，得到_install文件夹。

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

图 9

执行如下命令，并查询评估板网卡物理地址。

Target# ifconfig

图 10

执行如下命令，加载驱动模块，命令中"0e:e2:85:a1:c8:fd"为评估板网卡物理地址，请根据实际情况修改。

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

图 11

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 _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

备注：此处的警告信息不影响测试结果，忽略即可。

图 12

执行如下命令，启动EtherCAT主站。

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

图 13

执行如下命令，加载ec_generic.ko驱动文件。

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

图 14

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

Target# sync

图 15

执行如下命令，修改内核信息打印级别。

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

图 16

执行如下命令，可查看igh_ethercat_dc_motor程序相关参数信息。

Target# ./igh_ethercat_dc_motor --help

图 17

参数解释

（1）-d：指定电机转向，0：正转，1：反转；

（2）-v：打印程序版本信息；

（3）-s：选择进程调度策略模式。程序执行时未使用-s参数或-s参数值为0，进程调度策略默认为SCHED_FIFO；若使用-s参数且参数值为1，进程调度策略为SCHED_DEADLINE，后面未添加参数值[xxx xxx xxx]则使用默认参数值，其中sched-runtime值表示运行时间、sched-deadline值表示相对的期限、sched-period值表示周期，单位均为ns；

（4）-help：查看程序运行参数。

电机正转

SCHED_FIFO模式（空载状态）

该测试状态为程序运行在隔离CPU，程序进程调度策略设置为SCHED_FIFO，进程优先级设置为最高，空载状态测试12个小时。

执行以下命令，控制两台伺服电机同时正转。

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

图 18

打印信息"2554"为进程号，请根据实际进程号，执行如下命令，确认进程调度策略。

Target# chrt -p 2554

图 19

如需停止运行后台程序，请执行如下命令。

Target# kill -9 2554

图 20

SCHED_FIFO模式（满负荷状态）

该测试状态为程序运行在隔离CPU，程序进程调度策略设置为SCHED_FIFO，进程优先级设置为最高，满负荷状态压力测试12个小时。

执行以下命令，控制两台伺服电机同时正转。

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

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

图 21

打印信息"2785"为进程号，请根据实际进程号，执行如下命令，确认进程调度策略。

Target# chrt -p 2785

图 22

如需停止运行后台程序，请执行如下命令。

Target# kill -9 2785

图 23

SCHED_DEADLINE模式（空载状态）

该测试状态为程序运行在隔离CPU，程序进程调度策略设置为SCHED_DEADLINE、进程优先级设置为最高，空载状态测试12个小时。

执行如下命令，控制两台伺服电机同时正转。

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

图 24

打印信息"2874"为进程号，请根据实际进程号，执行如下命令，确认进程调度策略。

Target# chrt -p 2874

图 25

如需停止运行后台程序，请执行如下命令。

Target# kill -9 2874

图 26

SCHED_DEADLINE模式（满负荷状态）

该测试状态为程序运行在隔离CPU，进程调度策略设置为SCHED_DEADLINE，优先级设置为最高，满负荷状态压力测试12个小时。

执行以下命令，控制两台伺服电机同时正转。

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

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

图 27

打印信息"2985"为进程号，请根据实际进程号，执行如下命令，确认进程调度策略。

Target# chrt -p 2985

图 28

如需停止运行后台程序，执行如下命令。

Target# kill -9 2985

图 29

统计结果分析

程序运行输出的打印信息保存到了log.txt，停止后台运行程序后，执行如下命令查看log.txt部分内容。

Target# head -n100 log.txt

图 30

参数解释：

（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)。

案例设置period为1ms，通过分析log.txt得到12小时的period最小值和period最大值（period单位：纳秒），通过分析计算period得到12个小时的period抖动值（period最大值 - period最小值），从period抖动值中分析、计算得到period最大抖动值、period平均抖动值。

对log.txt文件内容进行数据分析后，得到如下结果。

表 2