今天我們將聚焦一項(xiàng)正在重塑工業(yè)自動(dòng)化邊界的技術(shù)組合 —— 基于NXP的i.MX RT1180微控制器，實(shí)現(xiàn)EtherCAT通信與高性能伺服控制的融合方案。

隨著智能制造和工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)控制器在實(shí)時(shí)性、集成度和安全性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。而i.MX RT1180，作為一款跨界MCU，不僅集成了雙核架構(gòu)和TSN交換機(jī)，還原生支持EtherCAT從站協(xié)議，為我們構(gòu)建高響應(yīng)、高可靠性的伺服控制系統(tǒng)提供了理想平臺(tái)。

在接下來(lái)的分享中，我們將深入探討如何利用RT1180的硬件優(yōu)勢(shì)與軟件生態(tài)，實(shí)現(xiàn)從運(yùn)動(dòng)控制到工業(yè)通信的無(wú)縫協(xié)同，助力設(shè)備制造商邁向更智能、更高效的工業(yè)控制新時(shí)代。

參考設(shè)計(jì)概覽

EtherCAT控即以太網(wǎng)制自動(dòng)化技術(shù)，是一種開(kāi)放架構(gòu)、基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，由德國(guó)Beckhoff公司研發(fā)。它突破傳統(tǒng)以太網(wǎng)局限，數(shù)據(jù)幀經(jīng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)能高速動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)并插入新數(shù)據(jù)，帶寬利用率超90%。EtherCAT幾乎支持所有拓?fù)?，周期時(shí)間短、同步精度高，從站處理器無(wú)需處理以太網(wǎng)封包，所有程序資料由從站控制器硬件處理，能滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化短數(shù)據(jù)更新時(shí)間、低通訊抖動(dòng)和低成本硬件的要求，在機(jī)器控制、測(cè)量系統(tǒng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前i.MX RT1180基于內(nèi)置的EtherCAT從站控制器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了EtherCAT的EOE, COE, FOE等功能。

那么，本次想要向大家介紹的就是基于單顆i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服電機(jī)控制方案。該方案通過(guò)一臺(tái)滑臺(tái)絲桿的齒輪對(duì)接，對(duì)該方案的性能進(jìn)行了展示。

參考方案框圖如下，主站方面：我們選取了開(kāi)源的SOEM作為主站，該方案能夠適配市面上絕大部分帶有EtherCAT功能的主站，其EtherCAT同步周期為250us。從站節(jié)點(diǎn)基于Cia402協(xié)議完成數(shù)據(jù)處理，該參考設(shè)計(jì)共有兩個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制兩個(gè)電機(jī)，所有節(jié)點(diǎn)均運(yùn)行在csp模式。另外，值得一提的是，單片i.MX RT1180最多可以支持四電機(jī)加現(xiàn)場(chǎng)總線方案，對(duì)于像靈巧手這類(lèi)的應(yīng)用場(chǎng)景，也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇哦!

方案優(yōu)勢(shì)

i.MX RT1180內(nèi)置EtherCAT從站控制器，相比于常規(guī)的外置控制器，擁有更高的PDI傳輸速度；

該方案集成度更高，更有利于減小PCB尺寸；

相比傳統(tǒng)的伺服方案，具有更高的性?xún)r(jià)比；

下面給出了具體從站節(jié)點(diǎn)的方案圖，主要分為兩個(gè)部分：

1. EtherCAT通訊總線部分，這部分負(fù)責(zé)收發(fā)來(lái)自主站的電機(jī)指令和反饋電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，其實(shí)現(xiàn)由CM33核和片內(nèi)EtherCAT從站控制器，以及外部phy芯片完成。Phy芯片通過(guò)RMII的接口方式與EtherCAT從站控制器相連，將RJ45接受到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)傳給從站控制器，與CM33配合完成協(xié)議棧處理。

2.電機(jī)控制部分，該部分由CM7核完成，CM7核擁有更高的主頻，更高的算力，因此將該核用于實(shí)時(shí)性要求更高的電機(jī)控制應(yīng)用。

從站節(jié)點(diǎn)的整個(gè)工作流程：

1.ESC完成Master的發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀解析后，CM33核會(huì)讀取ESC中解析完成的數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于Cia402的相關(guān)協(xié)議處理。

2.將處理完成的數(shù)據(jù)，通過(guò)雙核通訊完成從CM33核將指令數(shù)據(jù)傳輸給CM7核。在OCRAM上開(kāi)辟了128Byte（該內(nèi)存大小由實(shí)際應(yīng)用中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量決定）的共享內(nèi)存用于雙核之間的信息交互，該內(nèi)存區(qū)域稱(chēng)為Share Memory。為了防止雙核通訊過(guò)程中，出現(xiàn)共享內(nèi)存訪問(wèn)沖突問(wèn)題，需要利用MU來(lái)管理讀寫(xiě)的時(shí)機(jī)。

3.接收到遠(yuǎn)端核發(fā)來(lái)的電機(jī)指令后，下發(fā)給電機(jī)執(zhí)行相關(guān)指令，其中，是CM7核完成電機(jī)位置閉環(huán)控制。

本篇主要是向大家介紹了用i.MX RT1180實(shí)現(xiàn)EtherCAT+伺服控制的一個(gè)基本概覽，下一篇會(huì)對(duì)該方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的介紹，以及詳細(xì)的參數(shù)分享。