NUC980 DIY项目大挑战 - EtherCAT实现

Posted 2022-05-20 RT-Thread物联网操作系统

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了NUC980 DIY项目大挑战 - EtherCAT实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

本文由RT-Thread论坛用户@lg28870983原创发布：https://club.rt-thread.org/ask/article/160414965e80294e.html

1．背景

最近计划DIY一个EtherCAT控制器，一直在看资料和选型，初步定了NUC980的方案，主要是看中NUC980的RAM比较大，采购还算方便（最近缺芯，大家都懂）。

选定硬件之后，NUC980跑什么系统呢？从以往经验来看，ARM9一般跑linux比较多，资源也好找，同时官方提供BSP。但这次任务有点特殊，EtherCAT对实时性要求比较高，linux不是最合适的。结合MCU开发经验，就准备上个RTOS，以前M3和M4的芯片，主要用FreeRTOS，最近也开始用RT-Thread。新唐官方也推出了NUC980的RT-Thread版BSP，对开发者非常友好，最终决定了NUC980+RT-Thread的方案。

刚好最近官方有个DIY项目官方活动，就报了名。

2．EtherCAT主站软件方案

EtherCAT本身还是比较复杂的，我们就不自己造轮子了，考虑用开源方案，毕竟硬件成本这么低，商用方案是真的用不起啊！
现在开源主站主要就两种，SOEM和IGH（相关的资料网上很多，这儿就不展开了），IGH只支持linux，所以只能选SOME，最新版本是SOEM1.4，本次移植就基于该版本。

3. 移植过程

3.1 RT-Thread 下载
本次移植基于最新发布的release4.1.0, 这个可以到github下载，最近Gitee也更新了。移植EtherCAT之前，首先把Nuvoton的BSP跑起来。这个参考官方的文档就可以了。

3.2 Some移植
下载soem-1.4.0，将整个目录放在rt-thread项目里，下图是我的目录，供参考
在some-1.4.0及其子目录中需要手工编辑SConscript脚本，这儿就不展开了。后续我把源码打包发上来。

Some移植主要是三个文件 osal.c，oshw.c和nicdrv.c。
osal.c 主要是微秒及的延时和定时函数；
oshw.c 主要是网络端和本机端数据的大小端转换；
nicdrv.c 主要是网络数据收发。

Some已经给出了很多操作系统移植，我的移植是基于rtk，这个是嵌入式系统，和我们的开发环境最接近。

3.2.1 osal.c移植
主要内容是实现osal_usleep和osal_gettimeofday两个函数。
我开始思路是自定义一个定时器用于EtherCAT，当时用了Timer4。等实现差不多了，发现系统时钟用的是Timer5，很多地方功能重复。最终和系统共用Timer5，省了个Timer，代码也简化了不少。下面就是改动过的相关代码，osal_timer_init这个初始化函数要在启动EhterCAT功能之前调用。

static rt_uint32_t us_ticks;

void osal_timer_init(void)

	rt_uint32_t cmp = ETIMER_GetCompareData(5);
    us_ticks = 1 * cmp / (1000000 / RT_TICK_PER_SECOND);
	rt_kprintf("rt-thread hwtimer5 1us = %d ticks\\n", us_ticks);


int osal_usleep (uint32 usec)

	//udelay(usec);
	
	/*ajustment for precision*/
	//usec -= usec / 4080;
	usec -= usec / 1500;
	
	/*rt_hw_us_delay work for a delay less than 16us*/
	do
		if(usec>=1000)
		
			rt_hw_us_delay(1000);
			usec -= 1000;
		else
			rt_hw_us_delay(usec);
			usec = 0;
		
	while(usec>0);
	return 0;


int osal_gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz)

//   return gettimeofday(tv, tz);
	RT_ASSERT (tv != NULL);

    rt_uint32_t timer_tick,rt_tick;
	
	rt_base_t level = rt_hw_interrupt_disable();
	timer_tick = ETIMER_GetCounter(5);
	rt_tick = rt_tick_get();
	rt_hw_interrupt_enable(level);
	
	tv->tv_sec = rt_tick/1000;
	tv->tv_usec = (rt_tick % 1000)*1000 + timer_tick / us_ticks;

	return 0;

3.2.2 oshw.c移植
不需做什么工作。

3.2.3 nicdrv.c移植
主要修改就是调用自己的网络发送和接收函数，我把它们命名为net_send和net_recv。这两个函数最好的实现是直接操作网卡（或者叫emac），我现在的实现参考了tcpdump的方法，在协议栈中加钩子（hook）实现，这样对原来系统影响最小，网口除了EtherCAT，还可以当正常的网口用。

ecx_setupnic函数中创建mutex（这个按照rt-thread格式改一下即可），安装网络钩子
ecx_closenic函数中删除mutex，卸载网络钩子。

3.2.4 net_hook.c实现

主要实现EtherCAT数据帧收发，中间加了个环形缓冲区用于接收。具体原理就是在网卡加个钩子函数，有数据来的时候先经过钩子函数，我们把EtherCAT数据帧截住，不传给原来的lwip协议栈；如果要发送数据，就直接调用发送函数，绕过lwip协议栈。这样也不影响lwip协议栈工作。

具体实现见附件。

3.2.5 some基本功能测试

采用官方的slave_info测试代码，测试主要分为时钟测试和soem EtherCAT协议栈基本功能测试。在终端中输入 soem_test + 回车即可。
我接了一个汇川IS620N驱动器，下面是输出的部分内容：

Slave:1
 Name:IS620N
 Output size: 96bits
 Input size: 224bits
 State: 4
 Delay: 0[ns]
 Has DC: 1
 DCParentport:0
 Activeports:1.0.0.0
 Configured address: 1001
 Man: 00100000 ID: 000c0108 Rev: 00010001
 SM0 A:1000 L: 128 F:00010026 Type:1
 SM1 A:1400 L: 128 F:00010022 Type:2
 SM2 A:1800 L:  12 F:00010064 Type:3
 SM3 A:1c00 L:  28 F:00010020 Type:4
 FMMU0 Ls:00000000 Ll:  12 Lsb:0 Leb:7 Ps:1800 Psb:0 Ty:02 Act:01
 FMMU1 Ls:0000000c Ll:  28 Lsb:0 Leb:7 Ps:1c00 Psb:0 Ty:01 Act:01
 FMMUfunc 0:1 1:2 2:0 3:0
 MBX length wr: 128 rd: 128 MBX protocols : 04
 CoE details: 0d FoE details: 00 EoE details: 00 SoE details: 00
 Ebus current: 0[mA]
 only LRD/LWR:0