用睿擎派实现 LVGL 可视化 EtherCAT 电机控制，触屏操控伺服电机就这么简单|技术集结

在工业自动化领域，运动控制系统往往面临两大痛点：实时性要求极高，同时又需要直观的人机交互界面。传统方案要么牺牲实时性换取界面体验，要么用昂贵的专用 HMI 设备来弥补。

 

今天分享一个基于睿擎派 RC3506 的完整方案——用 LVGL 图形界面 + EtherCAT 总线，在一块开发板上同时搞定可视化操控和微秒级实时控制。（文末附完整工程源码及使用指南扫码领取）

 

 

效果先看

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触摸屏上拖动滑块 → 伺服电机精准转到指定位置；点击 Run/Stop 按钮 → 电机启停；切换 Direct/Reverse → 方向立即响应。屏幕上的位置表盘实时显示期望位置和当前位置，一目了然。

 

 

 

 

 

7寸触控屏上的 LVGL 控制界面：位置表盘 + 滑块 + 运行控制按钮

 

 

与此同时，EtherCAT 总线上挂载的远程 IO 模块同步输出流水灯效果，展示多从站并行控制能力。

 

 

 

为什么选 EtherCAT？

 

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是目前工业现场总线中实时性最强的协议之一：

 

 

● 通信周期最低 1ms，支持分布式时钟（DC）同步，精度达微秒级

 

 

● "飞速处理"机制：数据帧在经过从站时直接被读写，无需等待，延迟极低

 

 

● 菊花链拓扑：一根网线串联多个从站，布线简单，最多支持 65535 个节点

 

 

● 使用标准以太网硬件，无需专用芯片，成本可控

 

 

 

睿擎派 RC3506 内置 EtherCAT 主站协议栈，配合 RT-Thread 实时操作系统，可以稳定跑出 1ms 控制周期。

 

 

 

硬件准备

 

连接方式：

 

 

睿擎派 ETH0 ──网线──> 伺服驱动器 IN 口

 

                       伺服驱动器 OUT 口 ──网线──> 远程 IO IN 口

 

睿擎派 MIPI 接口 ──排线──> 7 寸触控屏

 

 

 

EtherCAT 主从站硬件连接示意：睿擎派 → 伺服驱动器 → 远程 IO

 

 

 

软件架构

 

整个示例的软件结构非常清晰，main 函数只做两件事：

 

 

intmain(void)
{
lvgl_thread_init();// 启动 LVGL 图形线程
ethercat_domain_init();// 启动 EtherCAT 控制线程
return0;
}

 

 

两个线程并行运行，互不干扰：

 

 

● LVGL 线程：负责渲染界面、响应触摸事件，将用户操作写入共享变量

 

 

● EtherCAT 线程：以 1ms 为周期读取共享变量，通过 PDO 下发目标位置给伺服驱动器

 

 

 

EtherCAT 主站初始化流程

 

EtherCAT 的状态机切换是标准流程，睿擎平台封装得很简洁：

 

 

// 1. 初始化主站服务

 

ecat_service_init();

// 2. 自动扫描总线拓扑，发现所有从站
ecat_master_init(&csp_master);

// 2. 自动扫描总线拓扑，发现所有从站
slave_counts =ecat_slavecount(&csp_master);;

// 3. 配置分布式时钟（DC）同步
slave_cia402_config.dc_assign_activate =0x300;
slave_cia402_config.dc_sync[0].cycle_time = csp_master.main_cycletime_us *1000;
slave_cia402_config.dc_sync[0].shift_time =500000;
slave_cia402_config.dc_sync[1].cycle_time =0;
slave_cia402_config.dc_sync[1].shift_time =0;

// 4. 配置 PDO 映射（目标位置、控制字、状态字等）
slave_cia402_config.sync = slave_syncs;
slave_cia402_config.sync_count =sizeof(slave_syncs)/sizeof(ec_sync_info_t);
ecat_slave_config(&csp_master,0,&slave_cia402_config);

// 5. 启动主站自动完成状态机切换：INIT → PRE-OP → SAFE-OP → OPERATIONAL
ecat_master_start(&csp_master);
state = EC_STATE_OPERATIONAL;
ecat_check_state(&csp_master,0,&state,20000000*3);

 

 

进入 OPERATIONAL 状态后，主站开始周期性收发过程数据（PDO），电机控制正式开始。

 

 

 

CSP 模式：周期同步位置控制

 

本示例使用 CSP（Cyclic Synchronous Position）模式，这是伺服控制中最常用的模式之一：

 

 

 

主站每个控制周期向伺服驱动器发送目标位置，驱动器内部完成位置环、速度环、电流环的闭环控制。主站只需关心"去哪里"，不需要关心"怎么去"。

 

 

核心控制循环如下：

 

 

while(1)
{
servo_switch_op(rmap, tmap);// 进行伺服状态机切换

if(rmap->control_word ==7)
{
        rmap->mode_byte =0x8;
        rmap->dest_pos = tmap->cur_pos;// 同步当前位置
}
if(rmap->control_word ==0xf)
{
if(motor_target_pos_last != motor_target_pos)
{
/* 获取当前位置 */
            motor_current_pos =PULSE_TO_ANGLE(tmap->cur_pos);

if(abs(motor_current_pos - motor_target_pos)<=0)
{
                rmap->dest_pos = tmap->cur_pos;
if(abs(tmap->cur_pos - rmap->dest_pos)<=10)
{
/* 微调目标位置 */
                    motor_target_pos_last = motor_target_pos;
}
goto stop;
}
if(servo_dir)
{
                rmap->dest_pos -= motor_step;// 根据方向步进目标位置
}
else
{
                rmap->dest_pos += motor_step;// 根据方向步进目标位
}
}
}
stop:
rt_thread_delay(5);
}

 

 

servo_run、motor_target_pos、servo_dir 这些变量由 LVGL 界面线程写入，EtherCAT 线程读取，实现了界面与控制的解耦。

 

 

 

PDO 映射：主站与从站的数据约定

 

PDO（Process Data Object）定义了每个控制周期主站和从站交换哪些数据：

 

 

主站 → 从站（RPDO，输出）：

 

 

对象字典	含义
0x6060	工作模式（设为 0x08 = CSP 模式）
0x6040	控制字（使能/停止/故障复位）
0x607A	目标位置
0x60FF	目标速度
0x6071	目标转矩

从站 → 主站（TPDO，输入）：

 

 

对象字典	含义
0x603F	错误码
0x6041	状态字（当前状态）
0x6064	实际位置（反馈给 LVGL 显示）
0x606C	实际速度
0x6077	实际转矩

实际位置 0x6064 会实时回传给 LVGL 界面，驱动表盘指针更新，让操作者直观看到电机当前位置。

 

 

 

多从站扩展：双电机 + IO 并行控制

 

睿擎平台同样支持一拖多的 EtherCAT 拓扑，只需在初始化时扫描从站数量，循环处理每个从站的 PDO 即可：

 

 

 

双电机 + 远程 IO 模块菊花链连接拓扑

 

 

slave_counts =ecat_slavecount(&csp_master);

while(1){
for(size_t slave =0; slave < slave_counts; slave++)
{
    rmap =(structrpdo_csp*)(info[slave].outputs);
    tmap =(structtpdo_csp*)(info[slave].inputs);

if(info[slave].vendor_id !=0xee000002)
{// 伺服电机控制
servo_switch_op(rmap, tmap);
if(rmap->control_word ==7)
{
            rmap->dest_pos = tmap->cur_pos;
            rmap->mode_byte =0x8;
}
elseif(rmap->control_word ==0xf)
{
            rmap->dest_pos = tmap->cur_pos;
if(servo_dir ==0)
{
                rmap->dest_pos -=10000;
}
else
{
                rmap->dest_pos +=10000;
}
}
}
else
{// 流水灯控制
if(rt_tick_get()- last_ms > RT_TICK_PER_SECOND /4)
{
staticuint8_t index =0;
uint16_t*out =(uint16_t*)rmap;
            last_ms =rt_tick_get();
*out =(0x01<< index);
            index++;
if(index >=16)
                index =0;
}
}
}
stop:
rt_thread_mdelay(5);
}

 

 

电机控制和 IO 控制在同一个 1ms 周期内完成，完全同步。

 

 

 

快速上手

 

第一步：

在RuiChing Studio中选择 05_gui_lvgl_ethercat_motor_control_7in_1024_600 示例工程

 

 

睿擎派 RC3506 开发板 + EtherCAT 伺服驱动器实物连接

 

 

第二步： 按硬件连接图接好网线和显示屏，上电

 

 

第三步： 编译下载，启动调试，显示屏自动亮起控制界面

 

 

第四步： 拖动滑块设置目标位置，点击 Run/Stop 启动电机

 

 

 

整个过程无需手写一行 EtherCAT 协议代码，睿擎平台已封装好所有底层细节。

 

 

 

适用场景

 

● 多轴运动控制：CNC 机床、机械臂、自动化产线

 

 

● 工业 HMI：替代传统触摸屏 PLC，降低系统成本

 

 

● 教学与原型验证：快速验证 EtherCAT 控制方案可行性

 

 

● 设备状态可视化：实时显示电机位置、速度、转矩等运行参数

 

 

 

总结

 

这个示例展示了睿擎派 RC3506 在工业控制场景的完整能力：

 

 

 RT-Thread 实时内核保障 1ms EtherCAT 控制周期

 

 

 LVGL 图形框架提供流畅的触控操作界面

 

 

 EtherCAT 主站协议栈支持 CSP/CSV/CST 多种控制模式

 

 

 多从站并行控制，电机 + IO 同步运行

 

 

 RuiChing Studio 一键创建工程，开箱即用

 

 

如果你正在寻找一个既能跑实时控制、又能做可视化界面的嵌入式平台，睿擎派值得一试。

 

 

示例工程：

通过 RuiChing Studio 搜索 05_gui_lvgl_ethercat_motor_control_7in_1024_600 即可获取

 

 

开发文档：https://www.rt-thread.com/ruiching/document/site/

 

 

技术交流：欢迎在评论区留言，或加入睿擎开发者社区

 

 

完整资料包领取

 

想亲手跑通这个 LVGL + EtherCAT 电机控制示例？我们整理了完整资料包，助你快速复现：

 

 

示例完整工程源码（RuiChing Studio 可直接导入）

 

 

LVGL 界面源码 + 触控驱动配置说明

 

 

EtherCAT 主站使用指南

 

 

伺服驱动器 ESI 文件及配置指南