KPA EtherCAT主站軟件如何做移植測試

虹科KPA EtherCAT主站是一款協(xié)議棧產(chǎn)品，能夠使用戶快速利用EtherCAT技術(shù)的所有好處，例如實時操作、極短的循環(huán)時間、以及最低成本的最高性能。該協(xié)議棧的先進(jìn)架構(gòu)專注于可移植到不同的操作系統(tǒng)，可適配到各種硬件平臺、并且可通過基礎(chǔ)(Class B)、標(biāo)準(zhǔn)(Class A)和超值包進(jìn)行縮放。本篇文章將介紹虹科KPA EtherCAT主站軟件如何基于Xilinx ZYNQ UltraScale+做移植測試。

# Description

開發(fā)環(huán)境

# 硬件開發(fā)板：Xilinx HW-Z1-ZCU102 revision1.1

# EtherCAT主站軟件開發(fā)包：

MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip

HW_SAMPLE_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip

備注：由于前期軟件開發(fā)包是基于revision1.0的硬件以及vivado2018.3移植測試的，導(dǎo)致該軟件包在vivado2018.3和新版本硬件移植測試出現(xiàn)問題，具體問題是制作完boot.bin后，上電沒法啟動運(yùn)行;查了一下xilinx官網(wǎng)，說是新版本硬件需要使用vivado2019.1及其以上版本，后來在vivado 2019.1重新創(chuàng)建IPcore硬件工程，工程文件是zcu102_freeRTOS，重新生成bit文件(zcu102_freertosproject_1project_1.sdkdesign_1_wrapper_hw_platform_0)和fsbl.elf文件(zcu102_freertosproject_1project_1.sdkfsblRelease)覆蓋軟件包原路徑(\externalsoot)的bit文件和fsbl.elf，問題解決;

Step1 軟件安裝

1. 安裝KPA studio軟件，Studio_v1.12.417.0_x86.zip;2. 安裝基于windows的主站插件，MRT_WIN32_TRIAL_v1.6.44171.0.msi;3. 安裝cmake環(huán)境，可到cmake官網(wǎng)下載exe安裝，安裝后查詢到cmake版本如下：

參考《KPA Studio簡易操作手冊.pdf》使用EtherCAT配置軟件，導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)配置文件/ENI文件，可命名為master.xml或者其他名字，需與mkpa_config.h中命名保持一致，導(dǎo)出的ENI文件，格式一定要選擇null-terminated格式。

Step2 軟件編譯

MDK_xilinx-2018.3_freertos_a53_trial_v2.4.48714.0-release.zip解壓到mdk_a53文件夾下

進(jìn)入mdk_a53samples路徑下修改對應(yīng)樣例程序，此處每個不同的樣例程序包含不同的API，具有不同的功能，此處以24_DriveRotationCiA402為例，這是一個簡單運(yùn)行單軸伺服的樣例程序，為了適配邁信伺服驅(qū)動器，需保持C文件中的描述和ENI文件描述一致，修改后保存

進(jìn)入mdk_a53下，打開build.bat，修改編譯器路徑，路徑是xilinx SDK安裝路徑

運(yùn)行cmd，進(jìn)入該路徑下，運(yùn)行build.bat,編譯所有樣例代碼，包括編譯24樣例，在uildsamples路徑下生成24_DriveRotationCiA402.elf文件

Step3 創(chuàng)建和運(yùn)行boot.bin

進(jìn)入mdk_a53externalsoot路徑，根據(jù)readme文件以及24_DriveRotationCiA402.bif文件;

拷貝zcu102_freeRTOS內(nèi)vivado工程生成的design_1_wrapper.bit()文件到該路徑下,覆蓋原來bit文件;

zcu102_freertosproject_1project_1.sdkfsblRelease下的fsbl.elf拷貝到該路徑下，覆蓋原來fsbl.elf文件;

拷貝uildsamples路徑下生成的24_DriveRotationCiA402.elf到該路徑下;

拷貝生成的ENI文件(master.xml)文件到該路徑下

打開Xilinx XSCT tool進(jìn)入到externalsoot路徑下，生成boot.bin

將boot.bin文件拷貝到SD卡中，設(shè)置開發(fā)板SD卡啟動，上電運(yùn)行

Step4 性能測試

一般情況下EtherCAT主站性能測試會關(guān)注主站通訊周期，circle time是否穩(wěn)定，抖動多少，因此可以設(shè)置在不同的circle time，比如2ms，1ms，500us，250us，125us等條件下測試抖動，可以采用第三方的抓包工具+wireshark進(jìn)行報文分析，不同主站周期，需要修改代碼以及ENI文件的circle time，此處以1ms主站周期，郵箱任務(wù)周期是5ms(主站周期的5倍)

抓包方式，主站和從站直接接入第三方的抓包工具，連接方式如下示意圖，可以先運(yùn)行主站，待主從通訊穩(wěn)定后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)抓包，這樣抓出來的數(shù)據(jù)包就是pdo數(shù)據(jù)/過程數(shù)據(jù)，也可以主站啟動前，開始抓包，這樣就可以把整個啟動過程的數(shù)據(jù)抓取出來，但是過濾時，op前的報文數(shù)據(jù)就不是我們需要分析的數(shù)據(jù)了。

對Wireshark數(shù)據(jù)包進(jìn)行針對性分析，設(shè)置時間顯示格式如下：

使用ecat.ado == 0x130命令，過濾出從站在第幾條報文處進(jìn)入op狀態(tài)的，這里是33900，意味著33900前的報文不能用于分析circle time，因為pdo數(shù)據(jù)/周期性數(shù)據(jù)只在從站進(jìn)入op后才被發(fā)送

分析周期性報文，注意到每個周期性報文包含三個子報文(邏輯尋址)以及一個DC相關(guān)的ARMW命令

過濾出周期性報文，使用該指令ecat.sub1.cmd == LRD && ecat.sub1.cnt == 0，過濾出子報文1為LRD且計算器值為0(表示從主站發(fā)出，未經(jīng)過從站)的周期性報文，選擇三角進(jìn)行報文排序，可以是從小到大，或者從大到小

最小周期是999.496us

最大周期1000.536us

結(jié)論：可以看出1ms主站周期下，基于zcu102開發(fā)板，測試出來的主站周期的抖動是ns級別，實際在500us和250us，125us條件下，抖動都是在ns級別。

原文標(biāo)題：虹科干貨 | 虹科KPA EtherCAT主站軟件在Xilinx ZYNQ UltraScale+上移植測試

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