EtherCAT主站SOEM源码解析----IOmap

本文详细介绍了SOEM通过函数ec_config_map(&IOmap)完成逻辑地址和物理地址映射的过程,包括映射关系、具体实现及实例。通过读写数组IOmap[], 应用程序可以实现与从站的数据交换。

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SOEM通过函数ec_config_map(&IOmap)完成逻辑地址和物理地址的映射,应用程序需要定义一个数组IOmap,例如:
char IOmap[4096];
完成映射后,应用程序就可以通过读写数组IOmap[]来完成与从站的数据交换。

1、映射关系

SOEM首先将所有从站的输出映射到IOmap[]的开始位置,然后是输入,如下图所示:
这里写图片描述

2、具体实现

函数ec_config_map(&IOmap)最终会调用/soem/EthercatConfig.c中的以下函数完成映射。
int ecx_config_map_group(ecx_contextt *context, void *pIOmap, uint8 group)

该函数完成主要的功能为:
1. 读取从站EEPROM中的PDO信息,统计需要映射的输入输出长度;
2. 根据步骤1的结果配置从站SM寄存器;
3. 将从站的输出映射到IOmap[],并配置从站FMMU寄存器;
4. 将从站的输入映射到Iomap[],并配置从站FMMU寄存器;
5. 为应用程序提供读写IOmap[]的接口。

具体代码如下:

int ecx_config_map_group(ecx_contextt *context, void *pIOmap, uint8 group)
{
    ......

   if ((*(context->slavecount) > 0) && (group < context->maxgroup))
   {   
      ......

      /* find CoE and SoE mapping of slaves in multiple threads */
      for (slave = 1; slave <= *(context->slavecount); slave++)
      {
       ......
               ecx_map_coe_soe(context, slave);
       ......
       }

      /* find SII mapping of slave and program SM */
      for (slave = 1; slave <= *(context->slavecount); slave++)
      {
         if (!group || (group == context->slavelist[slave].group))
         {             
            ecx_map_sii(context, slave);  //统计需要mapping的输入输出长度,单位为bit
            ecx_map_sm(context, slave); //配置从站SM寄存器
         }
      }

      /* do input mapping of slave and program FMMUs */ //源代码注释的bug? 此处input 应为output
      for (slave = 1; slave <= *(context->slavecount); slave++)
      {

       .....

                  /* program FMMU for output */配置从站FMMU寄存器
                  ecx_FPWR(context->port, configadr, ECT_REG_FMMU0 + (sizeof(ec_fmmut) * FMMUc),
                     sizeof(ec_fmmut), &(context->slavelist[slave].FMMU[FMMUc]), EC_TIMEOUTRET3);
       ......

       //为应用程序提供接口            
      context->grouplist[group].outputs = pIOmap;
      context->grouplist[group].Obytes = LogAddr;
      context->grouplist[group].nsegments = currentsegment + 1;  //currentsegment初始值为0
      context->grouplist[group].Isegment = currentsegment;
      context->grouplist[group].Ioffset = segmentsize;

      /* do input mapping of slave and program FMMUs */   //output mapping?
      for (slave = 1; slave <= *(context->slavecount); slave++)
      {
         ......

                     /* program FMMU for input */配置从站FMMU寄存器
                     ecx_FPWR(context->port, configadr, ECT_REG_FMMU0 + (sizeof(ec_fmmut) * FMMUc), 
                        sizeof(ec_fmmut), &(context->slavelist[slave].FMMU[FMMUc]), EC_TIMEOUTRET3);

          ......
      }
      //为应用程序提供接口
      context->grouplist[group].IOsegment[currentsegment] = segmentsize;
      context->grouplist[group].nsegments = currentsegment + 1;
      context->grouplist[group].inputs = (uint8 *)(pIOmap) + context->grouplist[group].Obytes;
      context->grouplist[group].Ibytes = LogAddr - context->grouplist[group].Obytes;

   }

   return 0;
}   

3、映射实例

在SOEM 说明文档中有1个IOmap的例子,如下图所示:
http://openethercatsociety.github.io/doc/soem/tutorial_8txt.html

这里写图片描述

Slave2 EL4001 的1*16bit 输出被映射到逻辑地址的最开始处。
Slave6、7、8、9每个站只有2bit,被映射到一个逻辑地址中。

<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何实现EtherCAT主站与多个从站之间的通信。用户的问题涉及主站配置、多个从站的通信设置以及具体实现步骤。首先,我应该回顾用户提供的引用资料,从中提取关键信息,并结合自己的知识来组织回答。 首先,根据引用[1],实现EtherCAT主站的关键是使用相应的软件或硬件模块,并遵循协议。主站配置步骤可能包括硬件连接、主站初始化、从站扫描、配置PDO/SDO、设置分布式时钟(DC)和启动主站。引用[2]提到SOEM主站通过原始套接字进行数据帧收发,支持分布式时钟和多种邮箱协议,如CoE、FoE等。引用[3]则介绍了IGH EtherCAT主站作为开源项目的背景和功能。引用[4]讨论了从站控制器的设计,特别是FPGA实现的关键通信节点。 接下来,我需要将这些信息整合成一个清晰的步骤指南。首先,硬件连接部分需要确保主站与从站的物理连接正确,比如使用EtherCAT电缆。然后主站初始化可能涉及选择主站软件,如SOEM或IGH Master。扫描从站设备需要获取每个从站的EEPROM信息,如Vendor ID和Product Code。配置PDO(过程数据对象)和SDO(服务数据对象)是设置数据交换的关键步骤。分布式时钟的同步对于实时性很重要,可能需要配置主站和从站的时钟参数。启动主站进入运行状态后,实时数据交换开始。此外,错误处理机制和周期性任务也是需要考虑的。 然后,用户可能需要了解具体的实现示例,比如使用SOEM主站的代码片段,展示如何初始化、配置和启动主站。此外,优化方法如分布式时钟同步和周期性数据刷新也很重要。同时,需要注意从站地址分配、主站实时性保证和网络拓扑结构的选择。 在生成相关问题部分,需要围绕主站的实现、配置优化、异常处理、开源方案比较以及从站设计展开。这些问题应该能够帮助用户进一步深入学习相关主题。 最后,确保整个回答符合格式要求,使用正确的LaTeX语法,结构清晰,引用正确。需要检查是否有遗漏的步骤或错误的信息,并确保引用的资料被正确标注。</think>### EtherCAT主站与多从站通信实现步骤 #### 一、硬件连接与协议基础 1. **物理拓扑构建** 使用EtherCAT专用电缆连接主站与从站,支持菊花链、树形或星形拓扑。主站需通过标准以太网口发送EtherCAT帧,帧头包含$0x88A4$协议标识[^4]。 2. **帧结构特性** EtherCAT数据帧采用"Processing on the Fly"机制,每个从站实时解析并更新自身数据段,帧结构为: $$Header + EtherCAT\_Datagram \times N + FCS$$ 主站在单个帧周期内可完成所有从站数据交换[^1]。 #### 二、主站配置流程 1. **主站初始化** ```c // SOEM主站初始化示例 if (ec_init("eth0") > 0) { ec_config_init(FALSE); // 扫描从站 } ``` 需指定网卡接口并加载ESI(从站描述文件)[^2]。 2. **从站扫描与映射** - 遍历总线获取从站数量:`ec_slavecount` - 读取每个从站的`Vendor ID`、`Product Code`和`PDO映射表`[^3] - 校验DC时钟同步能力:`ec_slave[0].hasdc` 3. **过程数据配置** ```c ec_config_map(&IOmap); // 创建过程数据映像 ec_configdc(); // 配置分布式时钟 ec_statecheck(0, EC_STATE_SAFE_OP, EC_TIMEOUTSTATE); ``` #### 三、实时数据交换 1. **主站状态机控制** ```python while True: ec_send_processdata() # 发送输出数据 ec_receive_processdata(EC_TIMEOUTRET) # 接收输入数据 ec_writestate(0) # 状态切换至OP ``` 需在1ms周期内完成所有从站数据更新。 2. **分布式时钟同步** - 计算时钟偏移:$$t_{offset} = t_{master} - t_{slave\_dc}$$ - 应用平滑调整:`ec_dcsync0(TRUE, SYNC0_CYCLE, SYNC0_SHIFT)` #### 四、异常处理机制 1. **链路检测** 通过`ec_group[currentgroup].docheckstate`监测从站状态变化 2. **热插拔支持** 使用`EC_STATE_INIT`状态重新初始化新增从站 ```mermaid sequenceDiagram participant M as 主站 participant S1 as 从站1 participant S2 as 从站2 M->>S1: 发送EtherCAT帧 S1->>S2: 转发并处理数据 S2-->>S1: 返回处理结果 S1-->>M: 返回最终帧 ``` #### 五、优化策略 1. **PDO分段传输** 对超过1486字节的数据包采用`LRW`命令分片 2. **拓扑优化** 使用`EtherCAT Network Information(ENI)`文件预定义网络结构
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