恩智浦i.MX RT1180跨界MCU驱动EtherCAT的工作流程

上周的分享已经介绍了整个参考设计的概况和相关硬件资源。那么，本次会从软件工程角度进行分享。首先来了解EtherCAT Slave工作流程。    

EtherCAT Slave工作流程

EtherCAT共有四种工作模式：

1. Free Run模式：

每个从站的应用层（如控制器）独立运行，与 EtherCAT 总线的周期无关。

优点：实现简单，适用于对同步要求不高的场景。

缺点：无法保证所有设备同步运行，可能导致控制误差。

2. SM Sync 模式

（SyncManager Synchronization）

使用 SyncManager 的事件触发机制来同步数据处理。

从站在接收到新的过程数据后触发中断或事件，通知应用层处理。

适用于中等同步要求的场景。

3. DC 模式（Distributed Clocks）

所有从站的内部时钟通过主站进行同步，达到纳秒级精度。

从站在精确的时间点处理数据，确保整个系统同步。

适用于高精度运动控制、测量系统等场景。

4. Mailbox 模式

用于非周期性数据通信，如参数配置、诊断信息等。

通信通过 Mailbox 通道进行，通常与 CoE、FoE、SoE 等协议结合使用。

不是过程数据同步模式，但常与其他模式配合使用。

在伺服控制应用中，出于对实时性能的考虑，我们选用基于DC模式+Mailbox模式相结合，在DC模式下，所有的Slave节点会进行时钟同步校准，Master会根据用户设定，周期性的收发数据给到所有的从站节点，并且会在完成数据交互后的某一时刻，在所有从站节点上产生Sync信号，用于系统同步。

其中，同步周期时间，和从站节点完成数据交互后至产生sync之间的时间，通常称为shift time，都需要根据实际环路传输延迟和主站处理时间来确定。该参考设计，EtherCAT的同步周期设定为250us，sync信号的shift time为50us。

下图为从站的整个工作流程图：

当片内的EtherCAT从站控制器接收到来自主站的数据，并处理完成后，CM33核会触发PDI中断。在该中断内会完成两件事情:

1. 基于Cia402协议完成电机指令提取的相关操作，

2. 将提取到的指令通过MU，从CM33核下发给CM7核。随后会在设定的时间后产生sync信号，将该信号连接至XBAR，通过相关配置，在两个ARM核会各自产生中断，CM33处理EtherCAT相关状态机，更新电机状态；CM7核下发电机指令，通过MU反馈电机状态。

得益于灵活的XBAR外设，EtherCAT从站控制器sync信号能够直接通过总线连接至片内外设，触发中断，拥有更短的触发延迟，能够确保整个系统拥有更好的同步性，在一颗芯片上即可完成所有同步配置，方便客户开发。

EtherCAT从站节点的整个工作流程，涉及到了灵活的XBAR使用。

下篇进一步跟大家介绍如何利用XBAR与以及相关外设去同步电机控制模块与EtherCAT模块。