目錄
應用場景
工業以太網技術將成爲工業控制網絡和現場總線的主流技術，但傳統以太網介質訪問控制方式——帶有衝突檢測的載波偵聽多路訪問機制CSMA/CD，即：當一個節點要發送數據時，首先監聽信道；如果信道空閒就發送數據，並繼續監聽；如果在數據發送過程中監聽到了衝突，則立刻停止數據發送，等待一段隨機的時間後，重新開始嘗試發送數據。這種方式是一種非確定性的介質訪問控制方式，不能滿足工業現場的實時性要求。針對這種情況，業界提出了工業以太網新標準。當然，隨着機器人、伺服驅動、數控系統的發展，實時以太網的趨勢也越來越明顯。
技術實現
SylixOS在AM335X開發板上實現了EtherCat實時以太網，經過長時間測試，可以驅動6軸聯動。下面將從驅動，收發包方式，收發包週期控制三個方面分析。
2.1驅動層面的分析
SylixOS提供網卡驅動框架，編寫一個網卡驅動變得十分簡單，主要需要實現網卡初始化、收包、發包、中斷處理、控制等幾個驅動函數。圖 21爲網卡驅動框架簡圖。
圖 21網卡驅動框架簡圖
在接收中斷服務例程中，只通知t_netjob任務接收報文，不做網絡包的接收，防止中斷處理時間過長。圖 22爲接收中斷服務例程。
圖 22接收中斷服務例程
2.2 收發包方式的分析
根據EtherCat協議，時間關鍵的數據採用週期性過程數據的通信方式，非時間關鍵的數據採用非週期性通信方式。圖 23 爲EtherCat通信參考模型。
圖 23EtherCat通信參考模型
SylixOS提供AF_PACKET鏈路層通信，專門針對EtherCat協議，用於實現高速實時數據通信。在數據傳輸過程中，因爲用戶希望數據直接通過網絡接口收發包，不經過協議棧，則可以用這個協議域。在運動控制中，主站也可以通過這個協議域得到從站的MAC地址，在使用上它有兩種方式，一種方式是用戶直接用send、recv類函數進行收發，還有一種是mmap內存映射，可以有效減少內存拷貝的次數，圖 24爲SylixOS網絡架構。
圖 24 SyLIxOS網絡架構
2.3 收發包週期控制的分析
在實時以太網應用中，用戶對於收發包週期有嚴格的要求，儘量避免發生抖動，因爲抖動可能會導致收發包的精度下降。但在數據傳輸過程中，收發包的時間不可避免。比如有一種需求是用戶希望收發包的整個週期是一個600us的過程，但在實際開發過程中，收發包的時間無法準確估計，如何保證整個週期的時間就是600us，過去一般是通過延時一個比600us稍短的時間，以達到整個週期的時間接近600us的目的，但SylixOS提供了更好的解決方法——速率單調調度RMS，爲週期性任務解決多任務調度衝突的一種非常好的方法，RMS基於任務的週期指定優先級。在使用中只需要將週期時間參數告訴系統，系統會自動調整週期內的延時時間，如果在600us內都沒有跑完週期性任務，系統是會報錯的。用戶在做這種週期性的開發是很方便的，不需要再去微調延時時間。下面用一段僞代碼簡單介紹一下RMS的使用方法。圖 25爲RMS使用範例，設置RMS調度器時間爲3秒，代碼執行時間隨機產生，最終測試結果爲3秒打印一次。
圖 25 RMS使用範例
在工業實時以太網的應用過程中，不僅需要對實時性有要求，對於準確性有着更高的要求，SylixOS從驅動層到用戶層全面保證。我們後續還將推出工業系統現場總線解決方案包。
參考資料
