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本帖最后由 Tronlong123 于 2024-3-29 10:12 编辑
& e. |) T% R" H& F) O- A G3 p6 c" H6 ^3 f0 C/ g
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。 1 q, f, ^; F1 T4 f- U) \$ V. o
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。 ' k7 t" p. l3 v" x- f0 K
Linux-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。 % {1 X0 }8 c" O+ ~! x0 _
图1 Linux-RT-4.9.170内核测试结果
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- r( c9 J' b6 b" N$ X7 M7 W% E
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。
3 ~: |, L! F' |1 `7 A6 r) p2 V+ DLinux-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。 0 ~- I% C) O8 D; x0 Y: }
图3 CPU空载状态 + Z; E/ e# [" [0 O9 n
CPU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。 3 x- F2 s/ _; h: H {# k5 Y" F
图5 隔离CPU核心状态 % T2 C2 T& ?4 X7 G2 o- I. h
- j% W) s/ W* q6 Q+ g0 W& T
2 s/ ~5 b. u( I: Z, r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： : U: W( g' o5 I/ I, a5 Z' f r5 _
; j3 Z- H* H" g6 I2 G | Max Latencies | : h1 |3 Q# \2 t% g( 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) |
0 n) Y* @+ n' v. I1 ]0 u: u3 A
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。 ' k8 [( \9 V' G9 b0 r3 ]
T507-H的典型应用领域 图6 T507-H核心板典型应用领域 $ v7 J" ], @1 I
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。5 X7 \: E) b+ ~/ S: u
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。
" ^' l1 ^, C# J/ B- L
$ V. }9 b4 n: @. |' k# N% _图7
' C1 _! @7 O. h- m5 XIgH 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。 % h; q; T9 w- \2 q. P% G) x
（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。
4 }# \6 ^( O$ d( w+ K（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。2 F: K2 D3 a, e6 z% h
+ f' d6 ?) o8 z
图8
4 Z. |2 p6 Y+ b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
" W4 D" J+ x, U5 x
l' ^) r$ K7 [0 t: x8 v: x8 {
图9
+ `. F5 Y, j: |* r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 $(uname -r) /lib/modules/ -r Target#sync Target#reboot
! }% y! k0 O. O5 y; L" T- A) r; b图10 图11 案例测试
* M% j& Z. W: t
请按下图所示使用网线连接评估板ETH0 RGMII网口和伺服驱动器A的IN网口，将伺服驱动器A的OUT网口使用网线连接至伺服驱动器B的IN网口。
# n9 q+ {$ L$ O% {1 f! E图12 图13 * E7 N% c B( s/ G/ C. M
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
0 [, f1 S/ I0 l2 J# }! o图15 , G( o: v3 ?3 x
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
% v& s( i5 _, u( w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 2 A% _: G( }( u9 J
执行如下命令，启动EtherCAT主站。 Target#/root/_install/etc/init.d/ethercat start 图18
. u9 K4 t2 T# d+ Y& G( h- M0 l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=$LD_LIBRARY_PATH:/root/_install/lib 4 I+ n: x9 e* V+ R3 N
3 r3 L$ A) ~4 w k( p
图20
. h: t" [; N" c% J4 [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 8 d. @- |' Q( c! J
图21 S; k+ s4 h9 r3 m+ H
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
3 S, l3 ]8 w4 _图22 图23 ; N2 h; m* A e6 H
按下"Ctrl + C"，停止运行程序。 , n+ f1 g g! [' h
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
$ ^" e7 G" _9 }% v6 o9 X8 ]- M5 w 按下"Ctrl + C"，停止运行程序。 3 [+ e* m! k) q; A$ \
图27 - @& O5 W1 `# ?7 E" O& I
测试结果如下表所示： 4 ~2 b9 y$ Z2 M+ s5 c$ `/ p1 R. x
| | | | | | | | | | | | | EtherCAT任务调度抖动的区间为[-186us,184us] |
) @! X) g, k9 z) y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)。 % F4 {# p2 t+ `) X( u
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发表于 2024-3-29 15:54