EtherCAT从站的设计与实现

发布时间：2017-06-26 12:11

  本文关键词：EtherCAT从站的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着控制、计算机、通信和网络技术的不断发展,开放式体系结构、网络化、高可靠性、复合化、多轴联动化成为数控系统的发展趋势。Ether CAT以其开放性好、拓扑结构灵活、可靠性高等特点,受到了数控生产厂商的广泛关注。高档数控国家工程研究中心作为一家专门从事数控系统研发的实体,在国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”的支持下,对Ether CAT在数控系统中的应用进行了深入的研究。论文以该项目为依托,针对数控系统中的IO控制、A/D转换等功能设计实现了Ether CAT从站解决方案。本章首先根据EtherCAT协议参考模型从各个层次出发对Ether CAT协议及相关理论的进行了分析;其次分析了EtherCAT的从站组成,比较了ESC的两种实现方案,研究了ESC的技术特点;第三,使用模块化设计思想,围绕STM32和ET1100两个核心芯片构造了从站硬件平台,并对开发过程中所涉及到的接口设计进行了着重介绍和分析;第四,采用层次化的软件设计思想设计实现了底层硬件驱动、EtherCAT协议栈和应用层软件,使用矩阵结构设计实现了Co E对象字典,并实现了SDO上传/下载请求服务;最后,搭建了Ether CAT系统平台对Ether CAT从站系统的软硬件基本功能、可扩展性、SDO服务进行了验证,并通过编写PLC控制程序完成了对EtherCAT IO从站的应用测试。采用模块化的设计方式能够有效改善硬件开发质量、加快开发速度;采用层次化的设计方式能够有效降低系统耦合,提高系统的可移植性和可扩展性。
【关键词】：EtherCAT从站 STM32 EtherCAT 协议软件 CoE
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 引言9-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11
• 1.2 课题来源11-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.4 本文组织结构15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 EtherCAT协议及相关理论的研究16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 EtherCAT运行原理16-17
• 2.3 EtherCAT物理层17
• 2.4 EtherCAT数据链路层17-22
• 2.4.1 EtherCAT数据帧17-19
• 2.4.2 报文寻址和通信服务19-21
• 2.4.4 EtherCAT通信模式21-22
• 2.5 EtherCAT应用层22-23
• 2.5.1 EtherCAT状态机22
• 2.5.2 EtherCAT应用层协议22-23
• 2.6 EtherCAT从站23-28
• 2.6.1 EtherCAT从站分类23-24
• 2.6.2 ESC实现方案和技术特点24-26
• 2.6.3 从站存储空间26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 EtherCAT从站硬件设计29-35
• 3.1 引言29
• 3.2 ESC模块设计29-31
• 3.2.1 ESC模块重要接口29-30
• 3.2.2 ESC接口设计30-31
• 3.3 STM模块31-33
• 3.3.1 STM32芯片31-32
• 3.3.2 STM模块接口设计32-33
• 3.4 模块间接口设计33-34
• 3.4.1 FSMC机制33-34
• 3.4.2 FSMC和PDI接口设计34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 EtherCAT从站软件设计35-56
• 4.1 引言35
• 4.2 工具链和硬件配置35-36
• 4.3 ESC软件设计36-37
• 4.4 微处理器软件总体设计37-39
• 4.5 驱动程序设计39-42
• 4.5.1 FSMC驱动设计39-40
• 4.5.2 USART驱动设计40-42
• 4.6 EtherCAT协议栈设计42-50
• 4.6.1 EtherCAT状态机设计42-45
• 4.6.2 从站周期性数据处理45-46
• 4.6.3 从站非周期性数据处理46-50
• 4.7 EtherCAT应用层设计50-55
• 4.7.1 Co E设计50-55
• 4.8 本章小结55-56
• 第五章 EtherCAT主从站平台搭建及测试56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 测试平台搭建56-57
• 5.3 从站基本功能测试57-58
• 5.4 EtherCAT从站状态机测试58-61
• 5.5 过程数据通信测试61-62
• 5.6 丢包率和出错率测试62-63
• 5.7 SDO服务测试63-64
• 5.8 IO从站测试64-66
• 5.9 本章小节66-67
• 结束语67-68
• 参考文献68-70
• 发表文章70-71
• 致谢71

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