基于netX90實現EtherCAT從站開發操作手冊
來源：
2020.4.16
目錄
1. 產品簡介 3
1.1 netX 90介紹 3
1.2 NXHX 90-JTAG介紹 3
1.3 netX Studio CDT配置軟件 5
2. EtherCAT Slave協議棧技術參數 6
3. 硬件平臺 7
4. 單芯片解決方案 7
4.1 配置NXHX 90-JTAG板 8
4.2 調試工程文件 10
4.3 通訊測試 11
5．配有主CPU的解決方案實例介紹 12
5.1 配置NXHX 90-JTAG開發板 13
5.2．運行基于STM32的應用程序 13
5.3 通訊測試 16
6. 總結 17
1.產品簡介
1.1 netX 90介紹
netX90是基于netX51/52的成功開發的新一代網絡控制器，其安全性是產品的核心價值，可實現具有更高性能的集成，并提高功率效率等級。在netX90 SoC中集成了兩個獨立CPU內核 ，其中一個用于實時工業通訊，另一個可實現用戶應用程序的開發。這兩個CPU之間的數據交互仍基于雙端口內存DPM結構，統一的API接口。工業通訊協議棧以可加載固件（LFW）形式提供，經過全面的測試和協議預認證，應用程序軟件開發人員能快速的實現驅動的移植和應用程序的開發。
圖1 netX90芯片硬件框圖
無論netX 90是作為單芯片解決方案，還是作為配有HOST CPU的通訊協處理器，基于可加載固件（LFW）形式的協議棧，都可做為單獨部件獨立運行。其外部HOST主機接口，不僅能夠滿足過程I/O數據大吞吐量的高速訪問，同時滿足網絡通訊周期的精確時鐘同步。
1.2 NXHX 90-JTAG介紹
XHX 90-JTAG是赫優訊基于netX90芯片自主研發的開發板，方便客戶前期評估測試，本文測試以此開發板為主。
圖2 NXHX 90-JTAG硬件框圖
基于netX90的開發板NXHX 90-JTAG，主要特性：
（1） 主機接口：
? 作為配有Host MCU通訊處理器：8位/16位的并行DPM模式，2xSPI/SQI 串行DPM模式；
? 單芯片解決方案：16 bit SDRAM，用于以太網PHY的MII，定制化模塊方案。
（1） 通過SPI/SQI為串行DPM（SPM0）提供額外的主機接口引腳；
（2） 用于調試的JTAG MIPI-20接口；
（3） 用于OpenOCD的板載JTAG-to-USB適配器(FTDI)
（4） 用于診斷和下載協議棧固件的板載UART-to-USB的適配器（FTDI）
（5） Mini-B型USB連接器用于通過FTDI進行JTAG-to-USB調試和UART-to-USB用于診斷及固件下載；
（6） 帶有“Link”和“Activity”LED燈的兩個RJ45以太網接口
（7） NXHX傳統現場總線模塊的接口（PROFIBUS、CANopen、DeviceNet和CC-Link）
（8） 4MB 的SQI Flash
（9） RS-232串口
（10） 具有Biss、SSI或ENDat連接的編碼器接口
（11） 模數轉換器（ADC）接口
（12） MMIO連接
（13） 配置啟動模式（Alternative boot mode和Console mode）的開關
NXHX 90-JTAG 開發板有不同的Debug方式：
（1）JTAG-to-USB：連接開發板上Mini-USB接口（X1000），S701 Switch1=OFF；
（2） External debugger：連接開發板上JTAG接口（X400），S701 Switch1=ON。
1.3 netX Studio CDT配置軟件
netX Studio CDT（C/C++開發工具）是用于Hilscher netX SoC的基于Eclipse的集成開發環境，可用于以下具體操作：
? 對象定義和映射
? 設備配置
? 創建產品文件（構建過程）
? 將產品文件和可加載固件下載到硬件設備
? 離線模擬或在線診斷。
netX Studio CDT工具的應用范圍僅限于基于netX的從屬設備，或者使用可加載的固件進行操作，該工具主要用于實時以太網從站設備的開發。
圖3 netX Studio CDT界面
使用這個工具可以對NXHX 90-JTAG開發板進行相應的配置，并調試netX 90應用程序。
2. EtherCAT Slave協議棧技術參數
Feature | Value |
Maximun number of cyclic input data | 1024 bytes |
Maximum number of cyclic output data | 1024 bytes |
Acyclic communication (CoE) | SDO SDO Master-Slave SDO Slave-Slave (depending on master capability) |
Type | Complex Slave |
Supported protocols | SDO client and server side protocol CoE Emergency messages (CoE) Ethernet over EtherCAT (EoE) File Access over EtherCAT (FoE) |
Supported state machine | ESM – EtherCAT state machine |
Supported of synchronization modes | Freerun (The application of the slave is not synchronized to EtherCAT) Synchronous with SYNCMAN Event (Slave's application is synchronized to the SM2/3 Event) Synchronous with SYNC Event (Slave's application is synchronized to the SYNC0 or SYNC1 Event) |
Supported features | PDI watchdog EtherCAT mailbox handling EtherCAT state machine handling Master-to-slave SDO communication Slave-to-slave SDO communication Integrated CoE object dictionary (ODV3) Ethernet over EtherCAT (EoE) handling File Access over EtherCAT (FoE) server |
Number of FMMU channels | 8 |
Number of Sync Manager channels | 4 |
Distributed Clocks (DC) | Supported with 32-bit timestamps and isochronous PDI functionality (Sync0, Sync1) |
Ethernet | 2 Ethernet Interfaces 100BASE-TX/FX, 1 green Link/Activity LED per Ethernet Interface Integrated Dual-PHY (supports Auto-Negotiation and Auto-Crossover) |
Data transport layer | Ethernet II, IEEE 802.3 |
3. 硬件平臺
EtherCAT Master：cifX 50-RE/ +ML，赫優訊實時以太網主站板卡
EtherCAT Slave：NXHX 90-JTAG，netX90開發板
MCU：STM32-F7開發板
配置工具：
（1） 主站側：采用SYCON.net進行網絡組態，并進行通訊測試；
（2） 從站側：單芯片解決方案時，采用netX Studio CDT進行硬件配置，協議棧下載，并運行應用程序；基于外部STM32開發板，netX90作為通訊芯片時，采用netX Studio CDT進行硬件配置，以及下載相應的文件，然后采用System Workbench for STM32運行應用程序。
4. 單芯片解決方案
netX90作為單芯片解決方案，即同時采用netX90芯片內部負責Communication和Application的內核，兩個核通過iDPM建立連接。此時，只需要通過netX Studio CDT配置NXHX 90-JTAG板，然后，通過以太網口連接主站PLC即可建立通訊。
4.1 配置NXHX 90-JTAG板
通過miniUSB端口，將NXHX 90-JTAG連接至電腦進行配置，需設置開發板上S701 Switch1=OFF，并且啟動模式為Stand boot Mode，所以S400 Switch 5 = OFF，Switch 6 = OFF。
（1）編譯工程
硬件開發板設置完成之后，打開netX Studio CDT軟件，在歡迎界面中選擇Open project，進入工程文件選擇界面，選擇netXStudio_ECSV5_simpleConfig，打開。導入工程文件之后，需要先編譯整個工程，選擇Build，點擊Build Solution，如下圖所示：
圖4 選擇編譯整個工程
（2）創建Doxygen html文檔
選擇Doxygen，點擊Build Documentation，如下圖所示。完成構建Doxygen html文件之后，在Doc文件夾下會自動生成一個Html文件夾，根據該文件可查看設備的詳細信息。
圖5 創建Doxygen html文件
（3）生成硬件配置二進制文件
在提供的工程文件中，包含硬件設置文件的xml文檔，可在netX Studio CDT軟件中生成二進制文件，在單芯片解決方案中，需要啟動內部idpm，所以需要選擇hardware_config_idpm.xml，右鍵點擊Build Hardware Configuration命令，如下圖所示：
圖6 生成二進制格式硬件配置文件
分別生成基于LMF和MFW的硬件配置文件：hardware_config_idpms.hwc和hardware_config_idpm.hwc，點擊OK保存即可。
（4）燒寫配置文件
點擊Tool，選擇Flasher，或者可以直接點擊上側導航欄的小閃電按鈕，進入之后，會自動掃描所連接的開發板， 掃面到設備之后，點擊Next，進入Flasher。
首先點擊Brower Project，選擇硬件配置文件，因本測試選擇的Loadable Firmware，所以選擇硬件配置文件時選擇hardware_config_idpm.hwc， 需要下載的文件如下圖所示，分別將這幾個文件下載到netX90開發板即可。
圖7 需下載的文件
4.2 調試工程文件
NXHX 90-JTAG開發板完成之后，可以netX Studio CDT軟件中調試應用程序，首先，設置調試相關參數，點擊Debug，選擇Set Startup Target，以確定所要測試的為：armv7em-none-eabi/4.9.3/netx90_app_iflash。
點擊Start Debugging之后，出現一個Debug Setting選擇框，如下圖所示，選擇目標板為NXHX-90，Debugger為NXHX-90 On-Board Debugger，點擊Debug即可。
圖8 設置Debug目標
在Debug過程中，會出現一個選擇框，是否將是否將應用程序燒寫至APP端的Internal Flash中，選擇Yes即可。程序運行起來之后，相當于已經啟動了EtherCAT從站設備，可連接主站進行通訊測試。
注：啟動軟件程序之前，需查看Set Configuration Service部分的代碼是否與協議棧和相應的設備描述文件相匹配。
4.3 通訊測試
關于NXHX 90-JTAG開發板那邊的設置以及應用程序的調試已經完成，可與主站建立通訊，本文選擇主站為赫優訊主站板卡cifX50-RE/+ML，在SYCON.net完成組態，配置完成主站板卡，自動掃描添加從站設備，完整組態。需設置從站設備的PDO數據，應與軟件應用程序中的PDO參數相匹配，雙擊從站，可將不需要的PDO刪除即可。
圖9 設置PDO參數
將所有配置信息下載到板卡，既可以進行通訊測試。
圖10 通訊診斷信息
注：在通訊測試過程中，可能在會通訊不成功，原因是軟件程序中設置的設備信息與網絡組態中的設備描述文件不匹配。
5．配有主CPU的解決方案實例介紹
netX90可作為配有主CPU的通訊處理器，只采用其內部負責通訊的內核運行協議棧，而不是用應用程序內核。本文中，選擇STM32-F7開發板作為主CPU，采用netX90基于STM32的應用案例作為主應用程序，主站為赫優訊實時以太網主站板卡進行測試。
5.1 配置NXHX 90-JTAG開發板
配置NXHX 90-JTAG開發板與netX90作為單芯片解決方案時的步驟一樣，前面第（1）（2）步不再做詳細介紹。netX90作為配有主CPU的通訊處理器時，不在啟用其內部idpm，而是通過SPI的方式連接搭配主機，所以在硬件配置中有不同，需選擇hardware_config_spm.xml生成二進制硬件配置文件。生成二進制文件時，同樣會生成基于LFW和MFW的兩個二進制文件，都點擊保存即可。然后將硬件配置文件和協議棧hardware_config_spm.hwc和協議棧文件X090D000.nxi燒寫到開發板，并進行Debug即可。
圖11 選擇硬件配置xml文件
5.2．運行基于STM32的應用程序
在選擇基于外部CPU進行通訊測試時，需要通過SPI引腳，與主CPU建立連接。然后，打開System Workbench for STM32軟件，選擇上側導航欄File→Import，導入工程文件，如下圖所示：
圖12 導入工程文件
在跳出的界面選擇Existing Projects into Workspace，然后點擊Next，選擇將文件保存在STM32工作區。如下圖所示：
圖13 選擇將文件保存
然后進入具體的工程文件選項，如下圖所示：
圖14 選擇文件
點擊Brown，根據相應的路徑選擇STM32文件夾中的Project，如下圖所示：
圖15 工程文件
赫優訊提供的資料中包含多種以太網實例，用戶可根據自己的測試選擇相應的文件，本文測試EtherCAT從站，所以可只選擇EtherCAT工程文件。編譯整個工程，點擊Build→Build all。編譯好整個工程文件，進入程序調試模式，選擇Run→Debug，如下圖所示：
圖16 程序調試
點擊開發板的RESET按鈕，可以通過串口工具Tera Term查看相應的打印信息。
5.3 通訊測試
關于NXHX 90-JTAG開發板那邊的設置以及應用程序的調試已經完成，可與主站建立通訊，本文選擇主站為赫優訊主站板卡cifX50-RE/+ML，在SYCON.net完成組態，配置完成主站板卡，自動掃描添加從站設備，完整組態。然后設置從站PDO參數，將所有配置信息下載到板卡，既可以進行通訊測試。
圖17 通訊測試
6. 總結
在本文的測試中，netX90無論是作為單芯片解決方案還是作為配有主CPU的通訊處理器解決方案，在赫優訊提供的配置軟件中完成硬件引腳的配置，然后通過應用程序方便快捷的實現EtherCAT從站的開發。
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