本文關(guān)鍵詞：基于嵌入式Linux的EtherCAT主站系統(tǒng)開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：傳統(tǒng)現(xiàn)場總線過緩的通信速率已成為伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的“瓶頸”,嚴(yán)重阻礙了伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展。EtherCAT的出現(xiàn),徹底解決了這一問題,它憑借超高的通信速率等諸多優(yōu)勢,很快在控制運動領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。但當(dāng)前的EtherCAT主站主要基于PC機開發(fā),其質(zhì)量和體積過大,在很多場合并不適用,因此本文開發(fā)了基于ARM平臺的EtherCAT主站。本文首先詳細(xì)剖析了EtherCAT技術(shù)及原理,然后搭建了基于ARM9和DM9000以太網(wǎng)控制芯片的EtherCAT主站硬件平臺,并進(jìn)行了軟件代碼的整體設(shè)計,把整個代碼分為3層,共5個模塊,進(jìn)行軟件的層次化開發(fā)。最底層的EtherCAT驅(qū)動程序,負(fù)責(zé)完成硬件數(shù)據(jù)幀的收發(fā)、實現(xiàn)對EtherCAT協(xié)議的支持；EtherCAT主站協(xié)議運行于內(nèi)核層,負(fù)責(zé)實現(xiàn)EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層的工作,包括郵箱通信、過程數(shù)據(jù)通信等基本通信操作,并通過CoE接口實現(xiàn)了對CANopen應(yīng)用層協(xié)議的支持；最上層的應(yīng)用程序基于CoE應(yīng)用層開發(fā),完成了對伺服電機的驅(qū)動控制,實現(xiàn)了速度控制和位置控制兩種操作模式；最后在本文開發(fā)的基于嵌入式Linux的EtherCAT主站平臺上,設(shè)計了通信實驗和電機運動控制實驗,檢驗EtherCAT主站的通信功能和應(yīng)用功能。實驗結(jié)果表明,本文設(shè)計的嵌入式EtherCAT主站已完全實現(xiàn)通信功能,并可對電機進(jìn)行簡單控制,控制周期可達(dá)5ms。本文最大的創(chuàng)新性是基于ARM平臺開發(fā)了EtherCAT主站,這個領(lǐng)域國內(nèi)外均很少有人涉及。鑒于ARM的巨大優(yōu)勢,隨著ARM硬件性能的不斷提升,基于嵌入式平臺的伺服控制系統(tǒng)定會獲得廣泛應(yīng)用。本文正是基于此,開發(fā)了嵌入式EtherCAT主站,旨在該領(lǐng)域先行一步,并為后續(xù)的開發(fā)提供平臺。
【關(guān)鍵詞】：EtherCAT 主站 嵌入式 通信 運動控制
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP273;TP368.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題背景與研究意義11-15
• 1.1.1 課題背景11-14
• 1.1.2 研究意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 全文內(nèi)容大綱17-19
• 第2章 EtherCAT網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析及整體設(shè)計19-35
• 2.1 EtherCAT系統(tǒng)構(gòu)成20-23
• 2.1.1 主站構(gòu)成20-21
• 2.1.2 從站構(gòu)成21-23
• 2.2 EtherCAT網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作原理23-29
• 2.2.1 EtherCAT幀結(jié)構(gòu)24-25
• 2.2.2 EtherCAT尋址方式25-26
• 2.2.3 同步管理器26-28
• 2.2.4 EtherCAT狀態(tài)機28-29
• 2.2.5 EtherCAT應(yīng)用層協(xié)議29
• 2.3 EtherCAT主站整體設(shè)計29-35
• 2.3.1 EtherCAT主站功能分析29-31
• 2.3.2 EtherCAT主站硬件平臺搭建31-33
• 2.3.3 EtherCAT主站軟件架構(gòu)設(shè)計33-35
• 第3章 EtherCAT主站代碼的設(shè)計與實現(xiàn)35-53
• 3.1 EtherCAT-capable驅(qū)動程序的設(shè)計35-38
• 3.1.1 DM9000網(wǎng)卡驅(qū)動程序的編寫35-37
• 3.1.2 EtherCAT協(xié)議驅(qū)動程序的實現(xiàn)37-38
• 3.2 通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)38-45
• 3.2.1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式39
• 3.2.2 建立EtherCAT數(shù)據(jù)報文39-40
• 3.2.3 讀寫原語功能設(shè)計40-43
• 3.2.4 讀寫操作的具體實現(xiàn)43-45
• 3.3 功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)45-50
• 3.3.1 郵箱通信46-47
• 3.3.2 過程數(shù)據(jù)通信47-48
• 3.3.3 錯誤處理48
• 3.3.4 從站狀態(tài)機的處理48-49
• 3.3.5 EEPROM模塊和從站配置49-50
• 3.4 EtherCAT通信總結(jié)50-53
• 第4章 基于CoE的運動控制系統(tǒng)設(shè)計53-67
• 4.1 CoE結(jié)構(gòu)和功能分析53-58
• 4.1.1 對象字典54-55
• 4.1.2 服務(wù)數(shù)據(jù)對象55-56
• 4.1.3 過程數(shù)據(jù)對象56-57
• 4.1.4 其他服務(wù)對象57-58
• 4.2 CoE通信服務(wù)58-61
• 4.2.1 PDO通信服務(wù)58-59
• 4.2.2 SDO通信服務(wù)59-61
• 4.3 主從站通信接口設(shè)計61-63
• 4.3.1 從站硬件選型61-62
• 4.3.2 通信接口設(shè)計62-63
• 4.4 基于CML的運動控制模式實現(xiàn)63-67
• 4.4.1 伺服控制系統(tǒng)的3種運行模式63-65
• 4.4.2 速度控制模式65
• 4.4.3 位置控制模式65-67
• 第5章 基于嵌入式EtherCAT主站的實驗設(shè)計67-77
• 5.1 EtherCAT主站通信實驗設(shè)計67-71
• 5.1.1 測試流程67-70
• 5.1.2 測試結(jié)果及分析70-71
• 5.2 EtherCAT主站電機控制實驗設(shè)計71-74
• 5.2.1 電機速度控制實驗72-73
• 5.2.2 電機位置控制實驗73-74
• 5.3 總結(jié)74-77
• 第6章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 本文工作總結(jié)77
• 6.2 未來工作展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 致謝85

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本文編號：376581