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

本文將為各位工程師演示全志T507-H工業評估板（TLT507-EVM）基于IgH EtherCAT控制伺服電機方法，生動說明Linux-RT + Igh EtherCAT的強大之處！

同時，我們對于T3/A40i、T113-i、RK3568、RK3588J、AM62x、AM64x、NXPi.MX 8M Plus等平臺也提供了開源EtherCAT主站IgH案例。

Linux-RT系統的優勢

-內核開源、免費、功能完善。

- RT PREEMPT補丁，使Linux內核成為硬實時操作系統，無需完整的內核重寫。

-既有實時性，又有相同的開發生態系統（包括相同工具鏈、文件系統和安裝方法，以及相同的POSIX API等）,實現產品快速上市的期望。

Linux-RT實時性測試（Cyclictest工具）

Cyclictest常用于實時系統的基準測試，是評估實時系統相對性能的最常用工具之一。Cyclictest反復測量并精確統計線程的實際喚醒時間，以提供有關系統的延遲信息。它可測量由硬件、固件和操作系統引起的實時系統的延遲。

基于全志T507-H（硬件平臺：創龍科技TLT507-EVM評估板），按照創龍科技提供的案例用戶手冊進行操作，使用Cyclictest程序測試系統實時性，得出如下測試結果。

圖1Linux-RT-4.9.170內核測試結果

圖2Linux-4.9.170內核測試結果

對比測試數據，可看到基于Linux-RT-4.9.170內核的系統的延時更加穩定，最大延時更低，系統實時性更佳。

Linux-RT性能測試

基于全志T507-H（硬件平臺：創龍科技TLT507-EVM評估板），按照創龍科技提供的案例用戶手冊進行操作，測試分別在CPU空載、滿負荷（運行stress壓力測試工具）、隔離CPU核心的情況下，得出如下測試結果。

備注：測試數據與實際測試環境有關，僅供參考。

圖3CPU空載狀態

CPU空載狀態測試，CPU0、CPU1核心Max Latencies值最大，為69us，CPU3核心的Max Latencies值最小，為66us。

圖4CPU滿負荷狀態

CPU滿負荷狀態測試，CPU0核心Max Latencies值最大，為88us，CPU3核心的Max Latencies值最小，為64us。

圖5隔離CPU核心狀態

隔離CPU核心狀態測試，CPU0核心Max Latencies值最大，為73us，隔離CPU3核心的Max Latencies值最小，為41us。

測試結果如下表所示：

根據CPU空載、CPU滿負荷、隔離CPU核心三種狀態的測試結果可知：當程序指定至隔離的CPU3核心上運行時，Linux系統延遲最低，可有效提高系統實時性。故推薦對實時性要求較高的程序（功能）指定至T507-H隔離的CPU核心運行。

T507-H的典型應用領域

圖6T507-H核心板典型應用領域

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

下文主要介紹基于全志T507-H（硬件平臺：創龍科技TLT507-EVM評估板）案例，按照創龍科技提供的案例用戶手冊進行操作得出測試結果。

本次演示的開發環境：

Windows開發環境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux開發環境：Ubuntu18.04.4 64bit

虛擬機：VMware16.2.5

U-Boot：U-Boot 2018

Kernel：Linux-RT-4.9.170

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

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

伺服驅動器：臺達ASD-A2-0121-E

伺服電機：臺達ECMA-C10401GS

*硬件平臺：TLT507-EVM評估板（基于全志T507-H）

IgH EtherCAT簡介

IgH EtherCAT為運行于Linux系統的免費開源EtherCAT主站程序，框架如下所示，官方文檔：https://www.etherlab.org/download/ethercat/ethercat-1.5.2.pdf。

圖7

IgHEtherCAT主站通過構建Linux字符設備，應用程序通過對字符設備的訪問實現與EtherCAT主站模塊的通信。

IgH EtherCAT開發包提供EtherCAT工具，該工具提供各種可在Linux用戶層運行的命令，可直接實現對從站的訪問和設置，如設置從站地址、顯示總線配置、顯示PDO數據、讀寫SDO參數等。

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

案例說明

案例功能：EtherCAT通訊周期時間為1ms，控制伺服電機正轉和反轉，并通過串口循環打印EtherCAT通訊周期時間的最大值和最小值。

（1）正轉：伺服電機目標速度從0加速到10000，當達到10000速度后，控制伺服電機減速至0，循環運行。

（2）反轉：伺服電機目標速度從0加速到-10000，當達到-10000速度后，控制伺服電機減速至0，循環運行。

圖8

為便于測試，我司提供已驗證的基于Linux-RT編譯生成的內核鏡像文件和內核模塊，位于產品資料“4-軟件資料LinuxKernelimagelinux-4.9.170-[版本號]-[Git系列號]”目錄下。

請將Linux-RT內核鏡像boot-rt.fex和Linux-RT內核配套的內核模塊modules-rt目錄下4.9.170-[版本號]-[Git系列號].tar.gz壓縮包的拷貝至評估板文件系統目錄下。

執行如下命令，將boot-rt.fex重命名為boot.fex，同時將內核模塊壓縮包解壓。

Target#mv boot-rt.fex boot.fex

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

圖9

執行如下命令替換內核鏡像和內核模塊，評估板重啟生效。

備注：mmcblk1為Micro SD對應的設備節點，如需固化至eMMC，請將設備節點修改為mmcblk0。

Target#dd if=boot.fex of=/dev/mmcblk1p3conv=fsync

Target#rm /lib/modules/* -rf

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

Target#sync

Target#reboot

圖10

圖11

案例測試

請按下圖所示使用網線連接評估板ETH0 RGMII網口和伺服驅動器A的IN網口，將伺服驅動器A的OUT網口使用網線連接至伺服驅動器B的IN網口。

圖12

圖13

為便于測試，我司提供的經驗證的IgH EtherCAT主站程序為案例"igh_ethercatimages"目錄下的ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz壓縮包，將其拷貝至評估板文件系統任意目錄下。

執行如下命令，解壓ethercat-stable-1.5-gcd0d17d.tar.gz壓縮包將會得到_install文件夾。

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

圖14

執行如下命令，并查詢評估板網卡物理地址。

Target#ifconfig

圖15

執行如下命令，加載驅動模塊。

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

圖16

執行如下命令，拷貝EtherCAT主站相關文件至評估板文件系統。

Target#mkdir /etc/sysconfig

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

Target#ls /lib/modules/$(uname -r)//查看是否已創建modules目錄

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

Target#depmod-a //同步模塊依賴關系，同步過程中打印警告請忽略

圖17

執行如下命令，啟動EtherCAT主站。

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

圖18

執行如下命令，加載ec_generic.ko驅動文件。

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

圖19

執行如下命令，添加IgH動態鏈接庫路徑。

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

圖20

將案例bin目錄下的igh_ethercat_dc_motor可執行文件拷貝至評估板文件系統，執行如下命令查看參數信息。

Target#./igh_ethercat_dc_motor --help

圖21

執行如下命令，控制兩臺伺服電機同時正轉。

Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 0

圖22

圖23

按下"Ctrl + C"，停止運行程序。

圖24

執行如下命令，控制兩臺伺服電機同時反轉。

Target#./igh_ethercat_dc_motor -d 1

圖25

圖26

按下"Ctrl + C"，停止運行程序。

圖27

測試結果如下表所示：

參數解析：

（1）latency：等待喚醒時間(ns)。

（2）period：EtherCAT通訊周期時間(ns)。

（3）exec：接收和發送EtherCAT數據時間(ns)。

審核編輯 黃宇