随时随地进行开发的Windows EtherCAT解决方案 – LxWin + EC-Simulator

新冠业已三年，人们的经济生活受到重大挑战，自动化设备及产业线厂商开始思考有没有一种方法，能让他们设备上原有的Windows工控机直接变成控制器，能让他们的工程师在疫情管控期间不需要到公司实验室，也不需要把大量的EtherCAT从站设备搬回家的前提下，仍然能够在家中实现几台甚至几十台EtherCAT网络环境搭建和应用开发的工作。这样就不需要为了备齐控制器上所有芯片绞尽脑汁，也不会在疫情爆发或其他因素因居家办公延迟开发进度，以至于耽误产品的上市时机。

Lxwin

为了应对嵌入式芯片短缺，完成客户把Windows工控机变成控制器的期望，同时还能提高设计集成度以及控制功能复杂性的需求，从业人员发现了LxWin软件开发套件。

上图是LxWin作为实时环境的框架示意图。控制器厂商在Windows上开发的非实时应用程序和客户图形界面可以继续保留在Windows系统下。而EtherCAT主站、运动控制算法等实时应用运行在替代嵌入式CPU的Linux RT Preempt工控机实时环境中。同样，Windows操作系统和实时Linux系统被隔离在不同的CPU核和不同的内存空间中。因为两个系统是隔离的，所以当一个系统出现异常时（比如Windows被某个应用阻塞或者蓝屏），另一个系统实时Linux下的应用程序可以继续正常运行而不受Windows状态的影响。

Windows实时扩展的另外一个重要组成部分即Hypervisor。德国Acontis公司自主开发的实时Hypervisor保证了Windows和实时Linux更好的隔离效果。Hypervisor还包括了硬件抽象层HAL以及网络通信函数库。Windows和实时Linux通过共享内存方式进行数据交换。LxWin使用Visual Studio作为应用开发IDE以及图形化配置界面。即使缺乏Linux使用经验的用户，也可以在较短的时间内完成标准的EtherCAT应用开发。

EC-Simulator

EC-Simulator软件开发套件可以完美解决疫情期间因隔离管控要求导致工程师无法在公司实验室调试设备开发应用的问题。

EC-Simulator通过仿真EtherCAT从站设备进而实现虚拟化EtherCAT网络，可以做到在没有真实的EtherCAT从站硬件的情况下运行EtherCAT主站应用的效果。EC-Simulator的EtherCAT仿真功能可以基于物理网卡实现（HiL）也可以全仿真实现（SiL）。

仿真实例的配置可以无缝的使用真实的网络ENI文件，例如可以实现一个完整的机械设备中EtherCAT模块功能的仿真。通过使用C/C++或者.NET编程语言可以进行工程集成、测试或者虚拟化工具交互（例如ISG Virtuos）。

应用案例

客户W公司希望设计一个多个伺服驱动器加IO模块的测试设备。为了方便现场人员操作，设备考虑使用Windows操作系统设计UI界面。但是由于疫情原因，工程师不能全部到岗进行开发工作。

为了解决这个问题，我们为客户提供了LxWin软件开发套件+EC-Simulator的组合。在实验室的工程师使用LxWin软件开发套件连接从站设备进行开发。

无法到达现场的工程师，可以配合LxWin和EC-Simulator，在异地模拟仿真现场的EtherCAT网络拓扑结构，在远程实现应用开发和基础验证工作。

由于应用中需要涉及到EtherCAT伺服驱动器，使用EC-Engineer可以直接配置出一套符合现场环境配置文件，包括网络配置文件（ENI file），用于EtherCAT从站仿真的（EXI file），用于EtherCAT伺服控制模拟的（DemoConfig文件）。

工程师将用于控制的应用程序与EC-Simulator程序集成后，配合导出的配置文件，即可正常运行带有仿真的完整EtherCAT应用。

带有EC-Simulator的应用程序与普通的EtherCAT主站程序界面完全相同。如下图：

最后，工程师通过上位机可以直接访问控制应用界面，通过Windows的上位机应用对EtherCAT伺服驱动器进行状态控制以及运动参数控制等操作。