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在上一篇文章《【睿擎派】CANOpen總線之IO模塊讀寫(DS401協(xié)議)》我寫了關于睿擎派上CANOpen的IO模塊通信，為什么先寫CANOpen？說來也有挺意思，是因為在睿擎派上對接EtherCAT的IO模塊，花費了很久時間，也沒有多少進展，所以轉頭去研究了基于CANOpen對接IO模塊，因為二者是有非常大的淵源的。

一、EtherCAT和CANOpen的異同

1980年代CAN總線誕生，1996年CANOpen協(xié)議發(fā)布，2003年EtherCAT技術發(fā)布。EtherCAT 和 CANopen 的核心關系是：CANopen 是協(xié)議規(guī)范（側重應用層），EtherCAT 是總線技術（側重物理層 / 傳輸層）—— 兩者均源于 CAN 總線生態(tài)，EtherCAT 復用了 CANopen 的核心應用層規(guī)范，同時在底層傳輸上實現(xiàn)了質的突破，最終形成 “上層兼容、底層獨立” 的技術互補格局。

EtherCAT完全復用 CANopen 的對象字典結構（索引范圍、尋址方式），僅在 0x1C00~0x1C3F 等區(qū)間擴展了 Sync Manager、DC 同步等專屬索引。完全保留 PDO/SDO 的功能定義，僅改變了底層傳輸方式。

CANopen 的 PDO 通過 COB-ID 映射到 CAN 幀，EtherCAT 的 PDO 通過 Sync Manager（同步管理器）綁定到以太網(wǎng)幀；CANopen 的 SDO 通過 CAN 幀分片傳輸，EtherCAT 的 SDO 通過郵箱通道（SM0/SM1）實現(xiàn)低延遲傳輸；

CANopen通過 EDS（Electronic Data Sheet）文件描述設備的對象字典、PDO 映射等配置，主站通過 EDS 識別設備；

EtherCAT通過 ESI（EtherCAT Slave Information）文件擴展 EDS 規(guī)范，新增了 Sync Manager、DC 同步、FMMU 等 EtherCAT 專屬配置，同時兼容 EDS 的核心內(nèi)容；

此外比較關鍵的差異就是CAN總線最大速率1Mbps，ms級抖動，而EtherCAT最大可以1Gbps速率，us級抖動。這其中的原因除了速率上的差異外，傳輸機制上有很大的差別，CANOpen是幀逐節(jié)點轉發(fā)，需等待節(jié)點處理后再傳遞，而幀 “并行處理”，所有節(jié)點同時讀取幀中自身數(shù)據(jù)（如下面的動圖比較形象的展現(xiàn)了EtherCAT的傳輸原理）。

CANOpen主要運用在低速設備（傳感器、執(zhí)行器）、低成本場景，而EtherCAT多用在高速 IO、多軸伺服、實時控制場景，比如機器臂，具身智能等設備上。

二、睿擎派對接雷賽EM32DX-E4-V30模塊

我從RC-Pi-3506的SDK1.5.0版本開始進行IO模塊對接，經(jīng)過SDK1.7.0版本，最后在SDK1.7.2版本上在RTT郭老師的協(xié)助下調(diào)試成功，SDK1.7.2和SDK1.7.0關于EtherCAT的接口調(diào)用差異還是蠻大的，所以本篇內(nèi)容以SDK1.7.2版本為準。

在真正對接之前，除了硬件模塊外，還需要硬件手冊和ESI文件（文后附相關文件下載鏈接）。

我們以BSP 1.7.2版本的示例工程06_bus_ethercat_master_2motor_1io為基礎進行開發(fā)調(diào)試。

本代碼的官方說明的鏈接如下：

https://www.rt-thread.com/ruiching/document/site/rc3506/q7dq3ksb/#%E7%A4%BA%E4%BE%8B%E8%BF%90%E8%A1%8C

原示例支持2個伺服器+1個IO模塊，為了簡化，我們睿擎派只連接一個IO模塊（如下圖）。

所以ethercat_2motor_1io.c文件的第16行代碼我們把電機的數(shù)量調(diào)整為0。

define MOTOR_NUM 0 //2

（1）配置PDO

最關鍵的部分是修改IO模塊的PDO定義，由于官方示例中所用的IO模塊（SG-ELC）和我們的型號規(guī)格不同，所以需要修改這部分配置。

查閱《EM32DX-E4 模塊用戶手冊 V3.1》第20頁 5.2.1小結（如下圖）

對應IO模塊16路開關量輸入，所以對應的pdo定義的代碼如下：

static ec_pdo_entry_info_t eio_input_pdo_entries[] =

{

{ 0x6000, 0x01, 16 },

};

0x6000是索引地址

0x01 是子索引地址

16表示16bit

同樣，我們查閱第22頁5.2.3小結（如下圖）

對應IO模塊的16路開關量輸出，所以對應的pdo定義代碼如下：

staticec_pdo_entry_info_teio_output_pdo_entries[] ={{0x7000,0x01,16},};

0x7000是索引地址

0x01 是子索引地址

16表示16bit

ec_pdo_entry_info_t是定義單個PDO條目的核心屬性類型，其結構體的定義如下：

typedefstruct{uint16_tindex; / PDO entry index. */uint8_tsubindex; / PDO entry subindex. /uint8_tbit_length;/** Size of the PDO entry in bit. /} ec_pdo_entry_info_t;

index – DO主索引（對象字典對應條目主索引地址）

subindex- DO子索引

bit_length – 對應的位數(shù)

我們再看5.2.1和5.2.3的說明，TxPDO0的索引地址為0x1A00，RxPDO0的索引地址為0x1600。

我們需要配置eio_pdos 對象數(shù)組，其結構體定義為ec_pdo_info_t ，原型如下：

typedefstruct{uint16_tindex;uint32_tn_entries;ec_pdo_entry_info_tconstentries;}ec_pdo_info_t;

index – PDO索引，本身也是對象字典的一部分，TxPDO是從站à主站（數(shù)據(jù)上傳），RxPDO是主站à從站（指令下發(fā)）。

n_entries – 對應條目的數(shù)量

entries 條目數(shù)組指針。

所以eio_pdos 對象數(shù)組的定義代碼如下：

ec_pdo_info_teio_pdos[] = {{0x1600,1, eio_output_pdo_entries },{0x1a00,1, eio_input_pdo_entries },};

接下來我們定義同步管理器相關內(nèi)容。我們先看ec_sync_info_t 結構體定義。

typedefstruct{uint8_tindex;/** Sync manager index. /ec_direction_t dir / Sync manager direction. */uint32_tn_pdos; / Number of PDOs in a pdos. /ec_pdo_info_tconstpdos; /< Array with PDOs to assign. Thismust contain at least \a n_pdos PDOs. */ec_watchdog_mode_t?watchdog_mode; / Watchdog mode. */}?ec_sync_info_t;

index – 同步管理器的硬件索引 0 – 15，常見的是SM0-SM3

對應SDO非實時操作

SM0（索引 0）- 主站→IO 模塊（系統(tǒng)配置入），發(fā)送SDO報文，配置對象字典，接受CoE管理指令、

SM1（索引 1）- IO 模塊→主站（系統(tǒng)響應出），SDO響應報文，回傳診斷信息，發(fā)送從站狀態(tài)切換碼。

對應PDO實時操作：

SM2（索引 2）- 主站→IO 模塊（輸出）

SM3（索引 3）- IO 模塊→主站（輸入）

dir – SM的傳輸方向 EC_DIR_OUTPUT：主站輸出→從站輸入（RxPDO，如 DO 控制），EC_DIR_INPUT：從站輸出→主站輸入（TxPDO，如 DI 采集）。

n_pdos – SM要綁定的PDO數(shù)量（pdos數(shù)組中的PDO個數(shù)）

watchdog_mode — 看門狗模式（枚舉類型）：

EC_WD_DISABLE：禁用看門狗

EC_WD_ON：啟用看門狗（主站心跳超時后，從站進入安全狀態(tài)，如 DO 歸零）