基于 FPGA 的EtherCAT 主站设计研究 ethercat 主站 FPGA verilog 代码

基于 FPGA 的EtherCAT 主站设计研究 ethercat 主站 FPGA verilog 代码
高速、高精度控制是CNC技术发展的目标，多轴、多通道复合加工更是业内技术研究的核心。然而，随着CNC系统技术的发展，传统的CNC系统模拟量或脉冲量接口已难以满足现阶段发展要求，因此CNC系统采用现场总线数字化通信方式已经成为主流。现场总线技术经过多年的发展，在工业领域取得了巨大的成功，目前已经发展到以工业以太网技术为基础的第三代2）。
以太网通信速度数据量大使得运动控制整体性能有巨大的提升。德国SEROCS IⅢI、EtherCAT，日本RTEX，美国Modbus-RTPS等均为实时以太网技术的现场总线。其中，德国BECKHOFF公司提出的EtherCAT技术是基于标准以太网的技术，具有拓扑结构灵活多变，数据高速、安全，全双工通信等特点。本研究的所有设计均基于FPGA，实现EtherCAT 主站与数字伺服的通讯和运动控制及主站时钟频率的漂移补偿，并且进一步同步于参考时钟后，整个系统同步误差可以控制在十几到几十纳秒内。
EtherCAT是由德国BECKHOFF自动化国内公司于2003年提出的实时以太网技术[]。采用主从模式介质访问控制，由主站控制所有数据帧的发送和接收，从站只能接收主站发来的数据帧，不能自行发起数据帧，EtherCAT从站控制芯片ESC实现其数据链路层协议“]。由于单个以太网帧最多可以容纳1486B的过程数据，主站发送的以太网数据帧儿乎可以包含所有在网从站的配置信息，而在网从站按照拓扑结构依次接收这个数据帧，并提取与自己相关的内容进入从站进行处理，同时也可以将一些反馈信息插入到此数据帧的相应区域，直到网络的最后一个从站处理结束，数据帧将从EtherCAT系统末端返回，如图l所示。整个数据运作过程只有纳秒级延时，整个网络最多可以连接65535个设备，可选用100Base-TX标准以太网电缆或光缆，可用数据率能够达到90%以上。
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