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為了在運動控制系統(tǒng)中實施高性能的EtherCAT總線，我們選用賽靈思公司(Xilinx)推出的行業(yè)第一個全可編程SoC產(chǎn)品ZYNQ-7000，它將雙核ARM Cortex-A9處理器，低功耗可編程邏輯以及常用的外設(shè)緊密集成在一起。Zynq-7000可編程 SoC (AP SoC) 器件集成了ARM處理器的軟件可編程性與FPGA的硬件可編程性的特點，可實現(xiàn)各種各樣靈活而高效的運算。兩者的結(jié)合是開發(fā)EtherCAT高性能主站的一種可靠實施方案。主站基于XC7Z020器件，可以運行基于Linux，Android，WinCE或其他嵌入式OS/ RTOS等操作系統(tǒng)。
首先基于ZYNQ-7000硬件平臺，運用系統(tǒng)模塊化設(shè)計方法對EtherCAT主站進行總體方案規(guī)劃，然后基于電子設(shè)計平臺Vivado設(shè)計主站的硬件工程，接著在CPU0上搭建Fre-eRTOS操作系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上移植了開源主站庫(SOEM-1.3.3)，并對網(wǎng)卡驅(qū)動進行優(yōu)化，最后建立了EtherCAT主站測試系統(tǒng)。主站的周期通信時間約為40μs，通信抖動為納秒級，具有很高的實時性和穩(wěn)定性。
根據(jù)基于ZYNQ的EtherCAT主站的功能特點，我們把ACB720系列產(chǎn)品再分成3類：
(1)主控采用單核版本的ZYNQ，這是低成本方案，運行FreeRTOS，其中優(yōu)先級最高的任務(wù)是EtherCAT主站，其余為UDP服務(wù)器等，外設(shè)為兩個以太網(wǎng)口和I/O口若干。
(2)主控采用XC7Z010，這是雙核版本，由于FPGA資源非常豐富，因此嵌入式的主頻不需要很高。其中，CPU0運行EtherCAT的Bare Metal程序;CPU1運行FreeRTOS，UDP服務(wù)器程序，負責接收游戲數(shù)據(jù)和收發(fā)平板數(shù)據(jù)，雙核通過共享內(nèi)存方式通信。外設(shè)為兩個以太網(wǎng)口和I/O若干。
(3)主控采用XC7Z020，這是雙核版本，屬于高端方案，選用較高的主頻。CPU0運行EtherCAT的Bare Metal程序;CPU1運行Linux，Linux負責UDP服務(wù)器和GUI，雙核之間采用共享內(nèi)存通信或者雙核采用SMP架構(gòu)，運行RTLinux(具體方案以性能而定)。外設(shè)為兩個以太網(wǎng)口，一個視頻輸出接口，兩個USB接口和I/O口若干。對成本敏感的產(chǎn)品可以用方案(1)，如果希望和倍福主站性能媲美的產(chǎn)品可以選擇方案(3)。
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