虹科干貨 | 虹科KPA EtherCAT主站軟件在Xilinx ZYNQ UltraScale+上移植測(cè)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(shí)時(shí)操作、極短的循環(huán)時(shí)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(tái)、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(cè)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(cè)試的，導(dǎo)致該軟件包在vivado2018.3和新版本硬件移植測(cè)試出現(xiàn)問題，具體問題是制作完boot.bin后，上電沒法啟動(dòng)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_freertos\project_1\project_1.sdk\design_1_wrapper_hw_platform_0)和fsbl.elf文件(zcu102_freertos\project_1\project_1.sdk\fsbl\Release)覆蓋軟件包原路徑(\\externals\boot)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(jiǎn)易操作手冊(cè).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_a53\samples路徑下修改對(duì)應(yīng)樣例程序，此處每個(gè)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(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)行單軸伺服的樣例程序，為了適配邁信伺服驅(qū)動(dòng)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\build\samples路徑下生成24_DriveRotationCiA402.elf文件

Step3 創(chuàng)建和運(yùn)行boot.bin

進(jìn)入mdk_a53\externals\boot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_freertos\project_1\project_1.sdk\fsbl\Release下的fsbl.elf拷貝到該路徑下，覆蓋原來fsbl.elf文件；

拷貝\build\samples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\externals\boot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(dòng)，上電運(yùn)行

Step4 性能測(cè)試

一般情況下EtherCAT主站性能測(cè)試會(huì)關(guān)注主站通訊周期，circle time是否穩(wěn)定，抖動(dòng)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(cè)試抖動(dòng)，可以采用第三方的抓包工具+wireshark進(jìn)行報(bào)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(dòng)前，開始抓包，這樣就可以把整個(gè)啟動(dòng)過程的數(shù)據(jù)抓取出來，但是過濾時(shí)，op前的報(bào)文數(shù)據(jù)就不是我們需要分析的數(shù)據(jù)了。

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

使用ecat.ado == 0x130命令，過濾出從站在第幾條報(bào)文處進(jìn)入op狀態(tài)的，這里是33900，意味著33900前的報(bào)文不能用于分析circle time，因?yàn)閜do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(bào)文，注意到每個(gè)周期性報(bào)文包含三個(gè)子報(bào)文(邏輯尋址)以及一個(gè)DC相關(guān)的ARMW命令過濾出周期性報(bào)文，使用該指令ecat.sub1.cmd == LRD && ecat.sub1.cnt == 0，過濾出子報(bào)文1為L(zhǎng)RD且計(jì)算器值為0（表示從主站發(fā)出，未經(jīng)過從站）的周期性報(bào)文，選擇三角進(jìn)行報(bào)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(cè)試出來的主站周期的抖動(dòng)是ns級(jí)別，實(shí)際在500us和250us，125us條件下，抖動(dòng)都是在ns級(jí)別。