基于全志T507-H的Linux-RT + Igh EtherCAT主站案例分享

本文将为各位工程师演示全志T507-H工业评估板（TLT507-EVM）基于IgH EtherCAT控制伺服电机方法，生动说明Linux-RT + Igh EtherCAT的强大之处！

同时，我们对于T3/A40i、T113-i、RK3568、RK3588J、AM62x、AM64x、NXP i.MX 8M Plus等平台也提供了开源EtherCAT主站IgH案例。

Linux-RT系统的优势

- 内核开源、免费、功能完善。

- RT PREEMPT补丁，使Linux内核成为硬实时操作系统，无需完整的内核重写。

- 既有实时性，又有相同的开发生态系统（包括相同工具链、文件系统和安装方法，以及相同的POSIX API等）,实现产品快速上市的期望。

Linux-RT实时性测试（Cyclictest工具）

Cyclictest常用于实时系统的基准测试，是评估实时系统相对性能的最常用工具之一。Cyclictest反复测量并精确统计线程的实际唤醒时间，以提供有关系统的延迟信息。它可测量由硬件、固件和操作系统引起的实时系统的延迟。

基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板），按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作，使用Cyclictest程序测试系统实时性，得出如下测试结果。

 

图1 Linux-RT-4.9.170内核测试结果

图2 Linux-4.9.170内核测试结果

对比测试数据，可看到基于Linux-RT-4.9.170内核的系统的延时更加稳定，最大延时更低，系统实时性更佳。

Linux-RT性能测试

基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板），按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作，测试分别在CPU空载、满负荷（运行stress压力测试工具）、隔离CPU核心的情况下，得出如下测试结果。

备注：测试数据与实际测试环境有关，仅供参考。

图3 CPU空载状态

CPU空载状态测试，CPU0、CPU1核心Max Latencies值最大，为69us，CPU3核心的Max Latencies值最小，为66us。

图4 CPU满负荷状态

 

CPU满负荷状态测试，CPU0核心Max Latencies值最大，为88us，CPU3核心的Max Latencies值最小，为64us。

图5 隔离CPU核心状态

隔离CPU核心状态测试，CPU0核心Max Latencies值最大，为73us，隔离CPU3核心的Max Latencies值最小，为41us。

测试结果如下表所示：

	Max Latencies
	最小值	最大值
CPU空载状态	66us(CPU3)	69us(CPU0、CPU1)
CPU满负荷状态	64us(CPU3)	88us(CPU0)
隔离CPU核心状态	41us(CPU3)	73us(CPU0)

根据CPU空载、CPU满负荷、隔离CPU核心三种状态的测试结果可知：当程序指定至隔离的CPU3核心上运行时，Linux系统延迟最低，可有效提高系统实时性。故推荐对实时性要求较高的程序（功能）指定至T507-H隔离的CPU核心运行。

T507-H的典型应用领域

图6 T507-H核心板典型应用领域

基于全志T507-H的Linux-RT + IgH EtherCAT主站演示

下文主要介绍基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板）案例，按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作得出测试结果。

本次演示的开发环境：

 

Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux开发环境：Ubuntu18.04.4 64bit

虚拟机：VMware16.2.5

U-Boot：U-Boot 2018

Kernel：Linux-RT-4.9.170

LinuxSDK：LinuxSDK-[版本号].tar.gz（基于全志官方V2.0_20220618）

IgH EtherCAT：ethercat-stable-1.5-gcd0d17d-20210723

伺服驱动器：台达ASD-A2-0121-E

伺服电机：台达ECMA-C10401GS

*硬件平台：TLT507-EVM评估板（基于全志T507-H）

IgH EtherCAT简介

 

IgH EtherCAT为运行于Linux系统的免费开源EtherCAT主站程序，框架如下所示，官方文档：https://www.etherlab.org/download/ethercat/ethercat-1.5.2.pdf。

图7

IgH EtherCAT主站通过构建Linux字符设备，应用程序通过对字符设备的访问实现与EtherCAT主站模块的通信。

IgH EtherCAT开发包提供EtherCAT工具，该工具提供各种可在Linux用户层运行的命令，可直接实现对从站的访问和设置，如设置从站地址、显示总线配置、显示PDO数据、读写SDO参数等。

IgH EtherCAT官网：https://www.etherlab.org/en/ethercat。

案例说明

 

案例功能：EtherCAT通讯周期时间为1ms，控制伺服电机正转和反转，并通过串口循环打印EtherCAT通讯周期时间的最大值和最小值。

（1）正转：伺服电机目标速度从0加速到10000，当达到10000速度后，控制伺服电机减速至0，循环运行。
（2）反转：伺服电机目标速度从0加速到-10000，当达到-10000速度后，控制伺服电机减速至0，循环运行。

图8

为便于测试，我司提供已验证的基于Linux-RT编译生成的内核镜像文件和内核模块，位于产品资料“4-软件资料\Linux\Kernel\image\linux-4.9.170-[版本号]-[Git系列号]\”目录下。

请将Linux-RT内核镜像boot-rt.fex和Linux-RT内核配套的内核模块modules-rt目录下4.9.170-[版本号]-[Git系列号].tar.gz压缩包的拷贝至评估板文件系统目录下。

执行如下命令，将boot-rt.fex重命名为boot.fex，同时将内核模块压缩包解压。

Target#mv boot-rt.fex boot.fex

Target#tar -zxf 4.9.170-rt129-g4c65c66.tar.gz

图9

执行如下命令替换内核镜像和内核模块，评估板重启生效。

备注：mmcblk1为Micro SD对应的设备节点，如需固化至eMMC，请将设备节点修改为mmcblk0。

Target#dd if=boot.fex of=/dev/mmcblk1p3 conv=fsync

Target#rm /lib/modules/* -rf

Target#cp $(uname -r) /lib/modules/ -r

Target#sync

Target#reboot

图10

 

图11

 

案例测试

请按下图所示使用网线连接评估板ETH0 RGMII网口和伺服驱动器A的IN网口，将伺服驱动器A的OUT网口使用网线连接至伺服驱动器B的IN网口。

图12

 

图13

为便于测试，我司提供的经验证的IgH EtherCAT主站程序为案例"igh_ethercat\images\"目录下的ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz压缩包，将其拷贝至评估板文件系统任意目录下。

执行如下命令，解压ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz压缩包将会得到_install文件夹。

Target#tar -zxf ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz

图14

 

执行如下命令，并查询评估板网卡物理地址。

Target#ifconfig

图15

执行如下命令，加载驱动模块。

Target#insmod -f /root/_install/modules/ec_master.ko main_devices=46:99:F6:AB:1F:19

图16

 

执行如下命令，拷贝EtherCAT主站相关文件至评估板文件系统。

Target#mkdir /etc/sysconfig

Target#cp /root/_install/etc/sysconfig/ethercat /etc/sysconfig

Target#ls /lib/modules/$(uname -r)//查看是否已创建modules目录

Target#cp ./_install/modules/ec_master.ko /lib/modules/$(uname -r)

Target#depmod -a //同步模块依赖关系，同步过程中打印警告请忽略

图17

执行如下命令，启动EtherCAT主站。

Target#/root/_install/etc/init.d/ethercat start

图18

执行如下命令，加载ec_generic.ko驱动文件。

Target#insmod -f /root/_install/modules/ec_generic.ko

图19

 

执行如下命令，添加IgH动态链接库路径。

Target#export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/root/_install/lib

图20

将案例bin目录下的igh_ethercat_dc_motor可执行文件拷贝至评估板文件系统，执行如下命令查看参数信息。

Target#./igh_ethercat_dc_motor --help

图21

 

执行如下命令，控制两台伺服电机同时正转。

Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 0

图22

 

图23

按下"Ctrl + C"，停止运行程序。

图24

 

执行如下命令，控制两台伺服电机同时反转。

Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 1

 

图25

 

图26

 

按下"Ctrl + C"，停止运行程序。

图27

 

测试结果如下表所示：

工程环境	控制算法	点对点控制 x 2轴
	循环周期	1ms
测试结果	测试项	Min(us)	Max(us)
	EtherCAT 任务调度抖动(period)	-186	184
	测试数据	EtherCAT任务调度抖动的区间为[-186us,184us]

参数解析：

 

（1）latency：等待唤醒时间(ns)。

（2）period：EtherCAT通讯周期时间(ns)。

（3）exec：接收和发送EtherCAT数据时间(ns)。