虹科干货 | EtherCAT诊断举例之分布时钟同步诊断

EtherCAT是一项高性能、低成本、应用简单、拓扑灵活且开源的确定性以太网技术，其独特优势使得EtherCAT在半导体制造、机器控制、测量设备等领域有着广泛的应用。

在进行EtherCAT主从通讯测试时，比较容易在DC配置出现错误，特别是使用到从站DC模式时，有时会出现代码为0x1A的“同步错误”，有时即使没报错误，伺服从站运行过程中也会出现电机轴的抖动，这是出于什么原因呢？本文将以虹科EtherCAT开发方案和三洋伺服测试举例，通过采集SYNC0与SM2信号之间相位关系波形图，做出诊断结论。

在测试前，需要认识两个概念：从站同步模式、同步错误

从站同步模式

简单理解就是从站以某个信号作为同步事件（中断信号）来更新数据，EtherCAT支持以下各种同步模式，这里以常用的1,2,3,4举例说明。

1. Free Run

2. Synchronous to SM2/3 (with Shift)

3. DC Mode 1 (Sync0 Event)

4. DC Mode 1 (Sync0 Event with Shift)

5. DC Mode 2 (Sync0, Sync1, with Shift)

6. DC Mode 3 (SM2 Event, Sync0)

7. DC Mode 4 (SM2 Event, Sync0, Sync1)

8. DC Mode with subordinated cycles

同步错误

在应用层，每个从站实时监视从ESC收到的同步SYNC信号。假如检测到同步错误，从站会进入safe-op状态并产生对应的应用层状态码，主站可以通过非周期命令读取这一状态码。

可能引起同步错误的原因

1

主站周期时间/同步信号的错误配置

2

不再收到ESC发送的SYNC信号

3

主站发送数据帧时存在较大的抖动，导致数据帧在从站收到SYNC信号之后才到达从站

 

所以必须严格保证SYNC0必须在SM2信号之后。

 

概念解释

Part.1

COE下0x1C32对象字典对应的几个概念

 

其中也标注了数据从SM拷贝到从站MCU内存的时间和硬件处理延时时间分别为62.5us和30us。

 

Part.2

FreeRUN模式

自由运行模式通过应用程序控制器的本地计时器中断启动，本地周期从通信周期或主站周期独立出来单独运行。

 

Part.3

SM2事件

由于从站的处理与SM2事件周期相对应,因此从站的处理保持与SM2事件同步｡运行时使用本地周期计时间直到收到SM2事件｡

 

Part.4

DC模式

SYNC0事件收信后也开始从站的本地周期｡ 在下个SYNC0中断发生前,过程数据帧必须被从站完全接收

 

开始测试

测试说明：主站周期1ms，分别测试三洋伺服的SYNC0引脚和SM2中断引脚的信号，绿色信号为SYNC0，黄色信号为SM2

 

 

测试一

Sync shift time：0μs， Shift time：0μs，不设置传播延时补偿，不设置SYNC0启动延时

 

 

测试结果：示波器测试IRQ信号与SYNC0的信号时间差基本上为11μs

 

 

测试结果：这时会出现异常的同步错误

 

 

测试二

Sync shift time：0μs， Shift time：250μs 不设置传播延时补偿，设置SYNC0延时250us启动

 

 

测试结果：IRQ与Sync0之间的时间差为228--238μs左右，而且SYNC0明显在SM2之后，正常

 

 

测试三

Sync shift time：60μs，Shift time：250μs，设置传播延时补偿60us（补偿从站响应时间），设置SYNC0延时250us启动

 

 

测试结果：IRQ与Sync0之间的时间差为282--300μs左右，相对测试二，往后延时60us左右，正常；

 

 

▎总结

[1] 保证SYNC0信号在SM2信号之后[2] 主站的抖动（SM2抖动）会导致从站伺服的抖动，一般如果主站max circle time jitter大于周期的20%-30%，会出现问题[3] 通过设置shift time（SYNC0延时启动）时间可以改变SM2与SYNC0的间隔时间，给从站进行数据拷贝留出更多的时间，保证数据全部更新[4] 每个厂家的伺服，shift time的设置大小不同，需咨询硬件厂商，一般是周期的四分之一，或者以自己实际测试为主，只要保证可以完整更新数据，不会出现来不及更新数据即可