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為了在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)施高性能的EtherCAT總線，我們選用賽靈思公司(Xilinx)推出的行業(yè)第一個(gè)全可編程SoC產(chǎn)品ZYNQ-7000，它將雙核ARM Cortex-A9處理器，低功耗可編程邏輯以及常用的外設(shè)緊密集成在一起。Zynq-7000可編程 SoC (AP SoC) 器件集成了ARM處理器的軟件可編程性與FPGA的硬件可編程性的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)各種各樣靈活而高效的運(yùn)算。兩者的結(jié)合是開發(fā)EtherCAT高性能主站的一種可靠實(shí)施方案。主站基于XC7Z020器件，可以運(yùn)行基于Linux，Android，WinCE或其他嵌入式OS/ RTOS等操作系統(tǒng)。
首先基于ZYNQ-7000硬件平臺(tái)，運(yùn)用系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)方法對(duì)EtherCAT主站進(jìn)行總體方案規(guī)劃，然后基于電子設(shè)計(jì)平臺(tái)Vivado設(shè)計(jì)主站的硬件工程，接著在CPU0上搭建Fre-eRTOS操作系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上移植了開源主站庫(SOEM-1.3.3)，并對(duì)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，最后建立了EtherCAT主站測(cè)試系統(tǒng)。主站的周期通信時(shí)間約為40μs，通信抖動(dòng)為納秒級(jí)，具有很高的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。
根據(jù)基于ZYNQ的EtherCAT主站的功能特點(diǎn)，我們把ACB720系列產(chǎn)品再分成3類：
(1)主控采用單核版本的ZYNQ，這是低成本方案，運(yùn)行FreeRTOS，其中優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)是EtherCAT主站，其余為UDP服務(wù)器等，外設(shè)為兩個(gè)以太網(wǎng)口和I/O口若干。
(2)主控采用XC7Z010，這是雙核版本，由于FPGA資源非常豐富，因此嵌入式的主頻不需要很高。其中，CPU0運(yùn)行EtherCAT的Bare Metal程序;CPU1運(yùn)行FreeRTOS，UDP服務(wù)器程序，負(fù)責(zé)接收游戲數(shù)據(jù)和收發(fā)平板數(shù)據(jù)，雙核通過共享內(nèi)存方式通信。外設(shè)為兩個(gè)以太網(wǎng)口和I/O若干。
(3)主控采用XC7Z020，這是雙核版本，屬于高端方案，選用較高的主頻。CPU0運(yùn)行EtherCAT的Bare Metal程序;CPU1運(yùn)行Linux，Linux負(fù)責(zé)UDP服務(wù)器和GUI，雙核之間采用共享內(nèi)存通信或者雙核采用SMP架構(gòu)，運(yùn)行RTLinux(具體方案以性能而定)。外設(shè)為兩個(gè)以太網(wǎng)口，一個(gè)視頻輸出接口，兩個(gè)USB接口和I/O口若干。對(duì)成本敏感的產(chǎn)品可以用方案(1)，如果希望和倍福主站性能媲美的產(chǎn)品可以選擇方案(3)。
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