FPGA设计EtherCAT主站的方法和常见问题

[导读]作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站，是不少公司的明智选择。无论是实时性，灵活性，还是性价比均可有很好的保证。一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法FPGA模块主要分为五部分：初始化、状态机、PDO、SDO、同步...

作者从事EtherCAT等实时工业网络及运控产品的开发多年。基于FPGA的EtherCAT主站，是不少公司的明智选择。无论是实时性，灵活性，还是性价比均可有很好的保证。

一、基于FPGA的EtherCAT主站的设计方法

FPGA模块主要分为五部分：初始化、状态机、PDO、SDO、同步。

1）初始化模块

初始化主要工作是搜集网络拓扑结构、搜集各个节点的信息内容、初始化各个节点的时间系统与初始同步。

2）状态机模块

该模块主要实现各个节点的状态机转化。
INIT->预运行->安全运行->运行

3）PDO模块

该模块实现PDO数据的准备、发送、接收。

4）SDO模块

该模块实现SDO数据的准备、发送、接收。

5）同步

该模块实现动态时间同步。

将以上五个模块设计完成，加上与ARM/DSP/CPU通信的通信接口，以及与运控相关的模块（模拟量、IO、手轮等），即可实现整个设计。

二、基于FPGA的EtherCAT主站的常见问题

1）初始化模块中，访问节点EEPROM的方式理解比较绕

2）状态机转移中，出现转移不成功，记得读取节点0x134寄存器，查看错误代码，根据错误代码来查看具体不能转移成功的原因。
这里，会出现林林总总的原因，只要对照手册，基本都能解决。
这里，也是整个主站设计中，比较耗时间的问题之一。

3）PDO模块中，部分厂家对设置寻址和逻辑寻址有特殊要求，需要注意。

4）SDO模块中，部分厂家支持FMMU来进行数据访问，部分厂家仅支持寄存器来进行数据访问。

5）同步模块中，出现从站之间的同步问题，主站和从站之间的同步问题，出现产品应用与主站之间的同步问题。
关于同步算法，也是最耗时间的问题。

关于同步方案，可以以FPGA主站作为同步源，也可以以第一个伺服作为同步源；后者难度高点，但作者经历前者的产品应用多一些。

三、EtherCAT主站方案的比较

开发时间层面：基于ARM的开源linux主站最优，基于ARM FPGA的主站次之

产品成本层面：基于FPGA的主站最优，基于ARM的开源linux主站次之

产品性能层面：基于FPGA的主站最优，基于ARM FPGA的主站次之

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