基于AMD器件的EtherCAT从站方案

EtherCAT现场总线协议是由德国倍福公司在2003年提出的，该通讯协议拓扑结构十分灵活，数据传输速度快，同步特性好，可以形成各种网络拓扑结构。

 1、EtherCAT 简介：

EtherCAT是一个开放架构，以以太网为基础的现场总线系统，其名称的CAT为控制自动化技术（Control Automation Technology）字首的缩写。EtherCAT是确定性的工业以太网，最早是由德国的Beckhoff公司研发。

EtherCAT主站可以用软件，在标准的以太网媒体接入控制器中实现。许多供应商有提供在不同操作系统下的代码，也有许多开源软件或共享软件。

EtherCAT从站需要特殊的EtherCAT从站控制器，才能实现飞速传输（processing on the fly）的技术。EtherCAT从站控制器可以用FPGA来实现，且已有现成的代码，此控制器也可以用ASIC来实现。

 2、EtherCAT 特性：

A. 完全符合以太网标准:

EtherCAT是对传统的以太网协议进行修改，因此可以与其他以太网协议并存于统一总线。EtherCAT网络中也可以使用普通的以太网设备，例如以太网线、以太网卡、交换机、路由器等设备。此外，任何具有标准以太网控制器的设备都可以作为EtherCAT 主站，包括PC计算机、带有以太网控制器的嵌入式设备。

B. 卓越的性能:

EtherCAT是基于以太网技术，数据传输速度可以达到100Mbit/s，是最快的工业以太网技术。EtherCAT最大利用以太网带宽进行数据传输，有效数据利用率高，可达90%以上。另外EtherCAT数据帧处理的实时性很高，数据刷新周期小于100us，满足对实时性要求高的场合。EtherCAT使用高精度的分布式时钟，能保证各个从站节点设备的同步精度小于1us。

C. 简单、低成本:

EtherCAT结构简单，而无需交换机或集线器，复杂功能的节点设备或简单的I/O节点都可以用作EtherCAT从站。此外EtherCAT在网络拓扑方面没有限制，支持多种网络拓扑结构，如线型、星型、树型拓扑结构，以及各种拓扑结构的组合，从而使得设备连接非常灵活。

 3、BE CKHOFF ESC IP Core For AMD FPGAs Release 3.00：

概述:

BECKHOFFEtherCAT IP核是一个可配置的EtherCAT从控制器(ESC)。它负责EtherCAT通信，作为EtherCAT现场总线和应用程序之间的接口。

A、EtherCATIP核是作为一个可配置的IP，各项功能可以自定义;

BECKHOFFIP Core Main Features : Table 1

B、EtherCATIP Core Block Diagram

C、端口数据处理顺序

    

a、0→EtherCAT Processing Unit→1 / 1→2 / 2→0 

b、0→EtherCATProcessing Unit→0

c、0→EtherCATProcessing Unit→1 / 1→0

 4、BE CKHOFF  ESC IP使用流程：

A. 直接安装，英文目录；

B. 安装过程中提示要加入VENDER ID ，直接跳过 ，需要申请License才能综合；

C. 安装完目录截图如下

D. 安装完后，文件截图

EtherCATIP Core (encrypted VHDL library)

Decryptionkeys for encrypted EtherCAT IP Core

IPCore Configuration Tool (IPCore_Config.exe)

Exampledesigns

E. 支持的AMD 器件包括SOC器件和纯FPGA器件；

F. 支持的软件版本：

ISE14.3 - 14.7

Vivado2013.1 - 2013.4, 2014.1 - 2019.3

SDK

 5、设计流程图：

 6、详细过程如下：

A. 双击Ipcore_config目录下的IPCore_Config.exe；

B. 填写Porduct ID；

C. 物理层的一些配置：例如几路端口，PHY的接口类型，MII/RGMII/RMII,由客户的PHY芯片决定；

D. 网络功能的配置;

E. ECATProcessing /PDI Processing/LED status;

F. ESC跟CPU的接口;

G. 最后一步Generate;

H. 生成的文件如下，不同的配置生成的文件有差异;

J. 把生成的文件加入到工程中，截图如下;

K. 导入License，如果没有授权的License，无法综合;

I. 综合、实现后生成BitStream并将其下载到FPGA。使用EtherCAT主机与EtherCAT从机通信;

J. EtherCAT从站需要SII EEPROM(或其他非易失性存储器)，其中包含用于设备识别的EtherCAT从站信息(ESI);

M. 打开SDK,添加应用文件，细节参考readme.txt;

N. 注意事项：

ESCIP 和 PHY 不能一起复位，IP核复位后，再让PHY复位。 ESC in resetstate → PHY disabled

 7、业控制系统产品架构图：

 8、AMD推荐方案：

ZYNQ7000 SOC器件+Ethernet PHY(2x100Base-T)

 9、基于ZYNQ的ESC方案框图：

 10、AMD ZYNQ 优势：

PL端：EtherCATSLAVE Controller IP容易布署，消耗相应的逻辑资源； 

BECKOFFEtherCAT SLAVE Controller IP 应用广，经过市场验证，性能稳定；

BECKOFFEtherCAT SLAVE Controller IP 在AMD多个平台上进行过优化，量身定 制。同等功能，相比于其它厂商的平台，消耗资源少5%-10%。

PS端：ARM Cortex-A9 766MHZ,可实现超强的性能及复杂的应用；

 11、EtherCAT Resource：

 12、一路电流环+SVPWM：

 以上为AMD EtherCAT方案简介 

特别感谢Trevor Weng提供的协助

　　审核编辑：汤梓红