工业实时以太网 | 基于GD32F470的单芯片EtherCAT主站解决方案

在今天工业控制系统已经大量应用工业现场总线，从而降低应用成本与提高系统稳定性。进入工业4.0时代后，工业实时以太网工业总线应用也逐步占据工业现场总线的主导地位，例如由西门子公司主导的PROFINET总线、倍福公司主导的EtherCAT总线、罗克韦尔公司主导的Ethernet/IP总线等等。工业实时以太网总线逐步成为新一代工业控制系统的主流配置，同时成为进入工业数字化时代的基础。

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EtherCAT工业实时以太网总线以其高性能、高稳定性、高响应等特点快速在工业控制系统中得以广泛应用，目前EtherCAT主站在中高端PLC产品中已经得到广泛应用，但在对成本较敏感的紧凑型PLC控制器中，目前国产PLC依然以Modbus、CANopen等等低速通讯协议为主，翌控科技通过自主研发NXTOS系统实现国产GD32F470处理器的EtherCAT主站功能(未来将提供PROFINET软从站与Ethernet/IP主从站方案)，并且支持IEC61131-3标准PLC编程以及图形化主站配置与调试工具，该方案核心特点如下：

∎使用GD32F470处理器片内资源(基于GD32F470ZIT6或者GD32F470VIT6)

∎基于NXTedge Studio编程工具可使用IEC61131-3标准语言对访问EtherCAT从站过程数据与对象字典

∎支持标准EtherCAT ESI设备描述文件导入

∎可进行在线扫描组态与EtherCAT主从站参数配置

∎可在线监控EtherCAT从站设备状态与操作PDO过程数据以及通过SDO读写对象字典

∎最高支持9个EtherCAT从站，典型应用为8个伺服驱动器外加1个IO模块，EtherCAT极限循环周期可稳定支持250us，典型应用为1-2ms

∎提供更加灵活的合作模式，可提供软件SDK深入研发模式或者基于客户硬件平台NXTOS系统的产品授权模式

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翌控科技与兆易创新公司深入合作，共同发布基于GD32F470单芯片EtherCAT主站解决方案。

选用的GD32F470VI/GD32F470ZI芯片基于Cortex-M4核心，具有240MHZ主频与2MB FLASH，768KB RAM，完全通过单芯片实现IEC61131-3 PLC软件平台与EtherCAT主站，同时控制8个EtherCAT伺服与1个EtherCAT IO模块，通过外扩以太网芯片支持TCP/IP通讯，实现Modbus TCP与私有以太网通讯协议，同时支持IEC61131-3标准编程，支持FBD、LD、ST、SFC与IL编程语言，应用架构图如下：

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基于GD32F470处理器芯片，翌控科技研发的NXTOS实现高性能EtherCAT主站，在连接8个EtherCAT伺服与1个EtherCAT IO模块的场景下，依然可实现EtherCAT主站1ms通讯周期，其中EtherCAT主站单个周期仅仅占用最高120us最大处理时间，处理器依然预留足够的CPU资源用于保障其他PLC应用逻辑、Modbus通讯、运动控制等等功能运行，同时在NXTedge Studio中可实现EtherCAT主站状态调试：

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除了通过单芯片实现支持EtherCAT功能的PLC解决方案外，该方案同时支持将GD32F470芯片作为独立的协处理器与第三方处理器进行通讯，将实时性要求较高的应用由GD32F470+NXTOS完成，而在HOST处理器上则无需进行实时性优化，通过SPI/UART接口与GD32F470通讯，从而实现接入工业控制系统：

小结一下

翌控科技自主研发的NXTOS系统则打破目前国产工业控制系统在工业实时以太网总线上的困扰，通过高实时系统以及驱动在指定芯片平台上的定向深入研发与优化，基于多个国产以及全球知名厂商处理器选型，为国内工业控制系统核心大脑提供强有力的支持。