基于X86平台的EtherCAT主站控制器研究与设计

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于X86平台的EtherCAT主站控制器研究与设计蒋杰二〇一八年六月二日分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504095广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于X86平台的EtherCAT主站控制器研究与设计蒋杰指导教师姓名、职称：高军礼副教授专业或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：2018年6月2日ADissertationSubmiittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegree

2、ofMaster（MasterofEngineeringScience）ResearchandDesignofEtherCATMasterControllerBasedonX86PlatformCandidate:JiangJieSupervisor:AssociateProf.GaoJunliJune2,2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou510006,P.R.China摘要摘要在20世纪90年代工业控制技术得到了迅速发展，工业控

3、制领域上提出了以现场总线的方式解决工业现场数据传递问题。但随着工业控制要求日益提高，传统现场总线的缺点逐渐显现，因此国内外企业将研究方向转向了具有开放性强、结构简单等优点的工业以太网，其中以EtherCAT为代表的实时工业以太网因其拓扑结构灵活、实时性好等优势得到了广泛认可和关注。因此本文开展了基于X86平台EtherCAT主站控制器的研究设计，主要研究内容如下：本文首先概述了工业以太网国内外研究现状，将主流的六种实时工业以太网进行了详细的对比和分析，并对EtherCAT技术的发展历程和国内外的研究现状进行了论述。深入

4、研讨了EtherCAT协议结构和运行原理等方面，根据EtherCAT主站控制的需求和X86架构的优点，确定了EtherCAT硬件平台方案。在主站的软件系统结构设计方面，详细的比较了两种主流开源主站软件框架，选择并移植了IgHEtherCATMaster开源协议框架。最后为了保证主站的实时性，基于Xenomai双内核机制构建了实时Linux操作系统。其次，针对EtherCAT主站实时性和同步性关键技术点分别做出了详细的研究和探讨。在EtherCAT主站的实时性方面，主站内核层采用Linux和Xenomai双内核机制，Li

5、nux内核管理系统的非实时任务，Xenomai微内核管理的实时任务的执行。在EtherCAT主站的同步性方面，详细阐述了主从同步方式的区别，并在理论上对实时偏移补偿和漂移补偿进行了研究，提高EtherCAT主站的同步性。在通信程序设计上利用Linux的libxml2开源程序库，实现了对从站XML文件的解析。基于伺服和运动控制CiA402行规，设计了EtherCAT主站和伺服电机之间的通信协议。最后，利用EtherCAT主站和三洋R-Advanced系列的伺服，搭建了系统测试平台，测试了EtherCAT主站同步性和实时性

6、。理论分析和实验测试结果表明本文开发的基于X86平台的EtherCAT主站具有良好的实时性和同步性，验证了该方案的可行性。关键词：工业以太网；EtherCAT；实时性；同步性I广东工业大学硕士学位论文AbstractInthe1990s,industrialcontroltechnologydevelopedrapidly.Inthefieldofindustrialcontrol,thefieldbuswasusedtosolvetheproblemofindustrialfielddatatransmission.

7、However,withtheincreasingdemandforindustrialcontrol,theshortcomingsofthetraditionalfieldbuseshavegraduallyemerged.Therefore,domesticandforeigncompanieshaveturnedtheirresearchdirectionstoindustrialEthernetwiththeadvantagesofstrongopennessandsimplestructure,includ

8、ingreal-timeindustrialEthernetrepresentedbyEtherCAT.Duetoitsflexibletopologyandgoodreal-timeperformance,ithasgainedwiderecognitionandattention.Sothistexthascarriedonr