基于嵌入式平台的 EtherCAT 主站实现研究

STM32H743 SOEM
EtherCAT基于STM32H743芯片和SOEM的EtherCAT主站源码
提供配套CUBE工程。SOEM协议栈使用1.3.1版本。可配套NUCLEO-H743ZI开发板使用。支持DC同步。
可配合汇川IS620N、三洋RS3、赛孚德ASD620B、埃斯顿ProNet、迈信EP3E、台达A2-E、伟创SD700、松下A5B/A6B和欧姆龙G5系列驱动器使用

智能制造业的快速发展，对节点间通信的实时性、可靠性以及通信带宽提出了更高的要求。作为智能制造业最基础的核心技术之一，工业现场通信技术始终处于高速发展中，近些年涌现出一大批优秀的工业现场总线标准。
其中，倍福公司的工业以太网技术标准，凭借组网简单、成本低廉、实时可靠等众多优点脱颖而出。工业以太网主站可以在多种平台上运行，只要求硬件提供一个标准的网口即可，因此，成本低廉、简单灵活、高速实时的嵌入式平台在硬件上完全可以作为工业以太网主站使用，从而提供了一种新的网络化、信息化、智能化的解决方案。
本文对EtherCAT协议进行了研究，分析了EtherCAT在各个平台的应用。针对PC机Windows平台上EtherCAT主站帧周期较长且不稳定性问题，提出使用基于ARMCortex-M7内核的STM32F767作为硬件平台的EtherCAT主站的实现方法。

首先，分析了RT-LAB的开源EtherCAT主站SOEM1.3.1(SimpleOpenEtherCATMaster)软件架构；其次，对STM32F767以太网设备驱动进行优化，并抛弃了对操作系统的依赖，将SOEM1.3.1移植到STM32F767平台下；
最后，采用500us插补周期，使用2台三洋公司R系列伺服驱动器和伺服电机作为从站设备，测试CSP模式下对2个伺服轴的位置控制，验证嵌入式平台的EtherCAT主站的实现的有效性。
实验结果表明，与PC机Windows非实时平台帧周期150-2000us不等相比，与实时Linux平台下最短帧周期70us，偏差10us相比，嵌入式平台上过程数据的帧周期稳定在68us±1us。证明216MHz下的ARM平台经过适当的软件优化，完全有能力作为EtherCAT主站使用，并提供100us以下级别的实时性，为工业自动化、物联网及其它领域提供了一种更加简单轻便的EtherCAT工业现场总线主站平台。