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ACB720高性能配套控制板卡
发布时间:2022-08-16 10:25

  为了在运动控制系统中实施高性能的EtherCAT总线,我们选用赛灵思公司(Xilinx)推出的行业第一个全可编程SoC产品ZYNQ-7000,它将双核ARM Cortex-A9处理器,低功耗可编程逻辑以及常用的外设紧密集成在一起。Zynq-7000可编程 SoC (AP SoC) 器件集成了ARM处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性的特点,可实现各种各样灵活而高效的运算。两者的结合是开发EtherCAT高性能主站的一种可靠实施方案。主站基于XC7Z020器件,可以运行基于Linux,Android,WinCE或其他嵌入式OS/ RTOS等操作系统。

  首先基于ZYNQ-7000硬件平台,运用系统模块化设计方法对EtherCAT主站进行总体方案规划,然后基于电子设计平台Vivado设计主站的硬件工程,接着在CPU0上搭建Fre-eRTOS操作系统,在此基础上移植了开源主站库(SOEM-1.3.3),并对网卡驱动进行优化,最后建立了EtherCAT主站测试系统。主站的周期通信时间约为40μs,通信抖动为纳秒级,具有很高的实时性和稳定性。

  根据基于ZYNQ的EtherCAT主站的功能特点,我们把ACB720系列产品再分成3类:

  (1)主控采用单核版本的ZYNQ,这是低成本方案,运行FreeRTOS,其中优先级最高的任务是EtherCAT主站,其余为UDP服务器等,外设为两个以太网口和I/O口若干。

  (2)主控采用XC7Z010,这是双核版本,由于FPGA资源非常丰富,因此嵌入式的主频不需要很高。其中,CPU0运行EtherCAT的Bare Metal程序;CPU1运行FreeRTOS,UDP服务器程序,负责接收游戏数据和收发平板数据,双核通过共享内存方式通信。外设为两个以太网口和I/O若干。

  (3)主控采用XC7Z020,这是双核版本,属于高端方案,选用较高的主频。CPU0运行EtherCAT的Bare Metal程序;CPU1运行Linux,Linux负责UDP服务器和GUI,双核之间采用共享内存通信或者双核采用SMP架构,运行RTLinux(具体方案以性能而定)。外设为两个以太网口,一个视频输出接口,两个USB接口和I/O口若干。对成本敏感的产品可以用方案(1),如果希望和倍福主站性能媲美的产品可以选择方案(3)。

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