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    技術知識

    專注于實時現場總線技術及工業通訊技術的研發、推廣及技術支持服務

    EtherCAT主站的同步性

    發布時間:2020-02-18

    分布式時鐘的工作原理 

            用EtherCAT的分布式時鐘(DC)功能使從站設備同步指的是,總線中的第一個DC-從站被定義為基準時鐘,EtherCAT主站將基準時鐘的時間分配至所有的從站。因此,EtherCAT主站周期性發送一個ARMW命令,以此讀取存儲在時鐘主站的ESC(EtherCAT從站控制器)上適當的寄存器中的總線時間,并將這個值寫入DC-從站相應的寄存器中。這些DC從站通過整合在ESC中的一個控制器來更新他們的本地時間。為保證請求的精度(可以接收低于1us的值),特殊從站之間的EtherCAT幀延遲必須得到額外的補償。 對于每個從站來說,一個幀從發送到接受的這段時間將被測量。然后,根據總線拓撲結構,主站計算從站之間的延遲,并將相應延遲補償值寫入到ESC中的寄存器0x928里。 

            ESC控制器的DC單元提供兩個數字輸出信號,SYNC0和SYNC1。頻率一般對應于EtherCAT總線時鐘的SYNC脈沖通常都是基于總線時間生成的。舉個例子:如果EtherCAT主站用1ms發送周期性的I/O數據,SYNC脈沖頻率通常也設置為1kHz。這些SYNC信號在從站一側,一方面是可作為一個數字輸出信號(例如要激活從站硬件組件),另一方面作為從站軟件中斷源。也就是說,很明顯的要在SYNC脈沖被釋放之前為所有從站提供新的信號。要實現這一目標,新的周期性I/O數據到達和SYNC脈沖之間的相隔時間的必須保證最小化。 

    主站同步 

           通常情況下,EtherCAT主站協議棧通過在其控制硬件(例如嵌入式x86PC中的8254計時器)中的硬件計時器來發送循環輸出數據。如果系統運行周期為1kHz,那么8254計時器以及負責生成同步脈沖的從站計時器都應設置為1kHz。但8254計時器和從站計時器都不能準確的運行1kHz的周期率。實際上,這兩個計時器之間有些偏差,因此,在主站里發送周期性I/O數據和從站中的一系列SYNC脈沖之間可以實現非恒定間隔。為了控制一個定義好的常量值的間隔,EtherCAT主站必須要與DC時鐘主站同步(就是主站上的第一個DC從站)。這一機制被稱為分布式時鐘主站同步(DCM)。 
           它可以以兩種不同的方式實現:
           重新調整用來執行EtherCAT主站的硬件中所使用的物理計時器(例如8254定時器)(主站轉換);重新調整DC時鐘主站的總線時間時間(總線轉換)。 
           DCM控制器周期性計算EtherCAT主站時間和DC時鐘主站時間之間的差異。根據設定值(即SYNC脈沖到主站中計時器中斷的距離),PI控制器算法計算重新調整的值。當使用"主站轉換"時,重新調整值會影響EtherCAT主站的物理計時器(例如8254);而當使用的"總線轉換"時,它則會影響DC時鐘主站的寄存器0x920。
           EtherCAT主站ClassA支持這兩種方法(主站轉換和總線轉換)。
           主站與從站的同步是EtherCAT最具挑戰性的特點之一。
           基于我們的經驗,我們會建議客戶根據給定的應用程序和硬件使用正確的方法。 



    DCM主站轉換模式 

           主站控制系統(主機)上的計時器(重載值)是被調整過的。例如,如果主機太快,則會一瞬間增加重載值,然后轉換為默認值。硬件接口延遲(計時器api)將自動執行錯誤補償,因為系統的時間無法觸及,所以我們將從所有的DC從站上獲得非常精確且穩定的SYNC0頻率。 

    DCM總線轉換模式 

           調整DC時鐘主站上的系統偏移量(STO)寄存器。注意:STO是絕對值且是立即添加到DC時鐘主站的系統時間上的,DC從站匯聚于這個時間??梢酝蕉鄠€EtherCAT總線否則主站計時器的調節是不可能的。缺點:同步中斷的微小抖動。 




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