[发明专利]一种基于非实时系统的EtherCAT主站同步方法

说明书

本发明提供一种基于非实时系统的EtherCAT主站同步方法，具体包括：主站初始化；主站使从站启动DC同步信号并工作在自由运行模式；主站和从站之间采用参考时钟实现实时动态同步调整，主站采用优化的周期性通讯方式收发从站数据；主站关闭通讯接口。本发明的有益效果是：在不改变操作系统的通用性和兼容性条件下，克服了非实时系统下从站无法运行DC同步模式造成的同步精度差的缺陷，提高了主站和从站之间同步的精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及工业以太网现场总线通信领域，尤其涉及一种基于非实时系统的EtherCAT主站同步方法。

背景技术

EtherCAT协议主站和从站之间主要有几种同步方法:

首先是采用实时化扩展系统和专用网卡驱动的软主站实现方式。目前在Windows平台上主要有RTX、INTIME等商业实时化补丁。主站协议通过实时系统提供的实时线程、消息事件等接口实现,比如TwinCAT等主站系统。这种方法的缺点是只能支持有限和特定型号的网卡，需要相关的许可证和费用，而且修改了操作系统的内核特性，造成了操作系统兼容性变差，甚至无法运行现有的行业软件进行协同工作。

其次是采用FPGA硬件板卡的硬主站方式。这种方案由于主站协议运行在FPGA内部，利用了硬件并行处理特性，通讯周期可缩短至100微妙，从站同步动作时间的精度小于1微秒，可应用于高速高精的运动控制系统。这种方法采用硬件主站方式保障了主从站之间的的通讯可靠性，但是硬件和开发成本较高，且需要开发和各种操作系统平台或主控芯片之间的驱动程序和SDK应用接口。

最后是采用非实时系统+普通网卡的软主站方式。这种主站采用了捕获原始网络数据包的方法实现从站通讯，采用系统提供的网络中间层驱动协议，可支持各种网卡。这种方法通用性好，但由于非实时系统的定时精度很差，通讯不稳定性，容易产生各种连接或超时错误，主要用做从站的配置和参数的修改读取工具，无法用于实际运动控制系统。

根据主站的实时模式的不同，EtherCAT从站主要工作于DC同步模式和自由运行模式。DC同步模式通过分布式时钟和时间补偿机制实现同步，这种方式只有当主站定时周期精度和实时性非常高时才能采用。在自由运行模式下，各从站相互之间独立的完成数据接收处理和发送，和主站之间也没有进行任何同步调整。这种方式比较适合非实时系统的主站平台，但由于主站周期抖动和传输距离延迟的原因，不同的从站数据包到达时间不一致，同步精度受到很大影响。

采用非实时系统的EtherCAT同步方式的主要原因有三点：(1)对于某些商业性操作系统，采用实时化方案的许可费成本很高；(2)对于很多开源操作系统平台目前还没有实时化方案或方案不成熟，如针对各种CPU芯片定制的Linux，Andriod等；(3)很多大型行业软件，如各类仿真，测试,游戏/VR，相关控制系统只能运行在商业性的非实时操作系统平台之上。

鉴于实际应用的广泛需求，基于非实时系统的EtherCAT总线同步方式具有非常重要的意义，在很多应用场景甚至超过了实时系统EtherCAT。因此采用传统非实时系统主站并提高主从站之间的同步精度具有广泛的实用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于非实时系统的EtherCAT主站同步方法。

本发明提供一种基于非实时系统的EtherCAT主站同步方法，包括以下步骤：

S101：主站初始化；

S102：主站在配置阶段，通过修改从站寄存器和相关参数，使从站启用DC同步信号并以自由运行模式工作；

S103：主站启动从站；在运行阶段，主从站采用DC参考时钟进行动态同步调整，采用优化的周期性通讯方式收发从站数据；

S104：主站关闭通讯接口。