瑞萨MCU RX72M在EtherCAT应用开发案例

RX72M是瑞萨电子适用于工业网络解决方案的高性能32位微控制器，高达240MHz主频和1396CoreMark的性能，带双精度浮点运算，专门针对马达控制的三角函数加速器，可实现sin、cos、反三角函数以及开方函数运算，支持6通道的Delta-sigma调制器接口，支持电流环反馈信号。RX72M除了常用的外设接口外，还集成了专用于EtherCAT的ESC接口，可以用于开发EtherCAT IO模组、EtherCAT网关、EtherCAT步进、伺服驱动器，是一款性价比高的EtherCAT从站硬件，本文将为您介绍瑞萨MCU RX72M在开发EtherCAT应用中的Q&A。

什么是EtherCAT jitter？为什么EtherCAT是low Jitter communication？

EtherCAT jitter分主站jitter和从站网络jitter；

主站jitter指的是master cycle time jitter，主站EtherCAT通讯周期抖动，同时该参数也是反映了主站发送EtherCAT报文帧抖动情况，主站发送报文帧的抖动情况通常可以通过特殊工具数据抓包来测试，反映的是主站的性能/稳定性，如下图是两个主站在master cycle time为500us时的抖动情况，图1有正负几十us抖动，图2是1个us抖动以内，明显抖动小于图1。

图1

图2

从站网络jitter，指的是从站网络的同步抖动，指的是从站网络中第一个DC从站和最后一个DC从站的SYNC信号的时间偏差，反映的是从站网络的同步性能（如图4两个SYNC信号时间偏差小于10ns）。

图3

图4

Master如何映射各个slaves？

从站网络中每个站点由于ESC的存在，物理地址和逻辑地址是对应的，当主站扫描后，所有的TxPDO数据和RxPDO数据就已经在整个报文帧中分配好了位置，报文帧会遍历所有站点去做数据交换（类似高铁到站上下车）。

图5

图6

SSC工具创建的代码后，如何修改PDO-Map，增加新的变量？

可以通过手动方式修改代码以及ESI文件，或者SSC工具创建新应用，编辑excel表格自动生成新文件。

图7

图8

Wireshark捕获ECAT数据正确方法？

通过专用的抓包工具接入网络中作为一个侦听器（硬件延时ns级别，可忽略不计），获取到的报文在PC端的wireshark上处理，参考：

https://www.ethercat.org.cn/memberarea/en/knowledge_base_E3DFFB9A73A146DC8C10F7B8896D72F7.htm

图9

RX72M的ESC接口与PHY连接模式是MII还是RMII?

RX72M的ESC只支持MII模式（部分其他厂商的ESC也仅支持MII）。

图10

图11

RX72M EtherCAT同步功能如何使用，如何测试这个功能确实开启了，以及一些指标?

同步功能的使用，需要在主站端配置选择同步模式如图12，可以通过抓取数据包分析，如有周期性的ARMW的指令，就说明DC功能已经使能上了。

关于同步的指标，通常是测试从站网络的抖动，即使用示波器测试每个从站产生的同步信号SYNC，比较时间差，网络中第一个从站的SYNC和最后一个从站的SYNC的时间差及为最大的同步抖动。

图12

卡片式IO应用时，RX72M是否支持EBUS背板总线技术？

不支持，EBUS是德国倍福定义的数据传输标准，是基于LVDS（Low Voltage Differential Signal，低压差分信号）技术，属于倍福的专利技术，不过基于RX72M的卡片式IO之间也可以是EtherCAT的连接方式，通过PHY直连（不需要变压器）的方式连接。

图13

RX72M作为EtherCAT从站在通讯时，当断开线缆后重新连线，是否能重新进入op，自动恢复通讯？

具体取决于主站的功能和从站应用逻辑，下图是twincat主站和RX72M硬件板子数据收发测试，是可以恢复建立通讯。

图14

RX72M支持的最快的Master EtherCAT cycle time是多少？

EtherCAT数据帧经过RX72M的ESC接口是小于300ns，所以理论上评估值65us是ok的，但实际测试也取决于主站的性能，要求主站在极限测试条件下能够保持master cycle time稳定，如果主站周期抖动大，会影响实际测试效果。

RX72M上EtherCAT的DC同步机制是如何实现的？首先在硬件接口上是否能实现，是否需要Sync0/Sync1接口？目前我们的方案都没有接这两个管脚。其次在软件上我们现有的协议上是否已经能实现了？还需要增加什么内容吗？

RX72M硬件板子以及配套的开源的ECAT软件代码是支持DC功能的，DC功能的使用需要在主站端去使能DC配置；RX72M是MCU+ESC集成于一体的单芯片方案，不是MCU+单独ESC芯片方式，因此SYNC信号引脚不需要单独引出接MCU作为外部中断；软件中已支持sync0和sync0中断服务函数，只需要在主站中做DC配置，然后在sync中断服务函数中去做应用处理，比如数据更新发送等即可。

RX72M上DC同步应用中，不同厂商的应用算法不同导致时间开销也不同，比如不同厂商不同的电机算法时间，如何保证多轴同步运动？

EtherCAT同步机制可以使得从站网络不同节点产生SYNC信号时间偏差是ns级别，该SYNC信号作为MCU的中断信号，保证中断信号的同步，同时EtherCAT也支持通过设置调整SM中断和SYNC信号的间隔时间（the time between SM and the starting of SYNC）来保证留有足够时间，在SYNC信号产生之前，已处理完应用算法。

RX72M开发板上对EEPROM芯片大小和型号要求是什么？

EEPROM size和XML文件的大小密切相关，取决于ESI文件的内容多少。对于RX72M来说，仅关系到寄存器ESCMR的PROMSIZE位设定为0还是1（0：最大到16-Kbit，1：32-Kbit到4-Mbit）。在Smart Configurator中对应了r_ecat_rx Property > Configurations > EEPROM size的值，跟硬件匹配即可。

EEPROM推荐型号包括：R1EX24016 (16Kbit)，R1EX24032 (32Kbit)，M24C32 (32Kbit)，没有任何限定，因EEPROM IIC通信都是通用协议，size符合应用需求即可。

RX72M硬件板上，PHY晶振选用独立的，还是用RX72M输出的25M信号？

选用独立的晶振或者RX72M输出25M都可以，瑞萨PHY型号为KSZ8081的硬件板开发板，使用的是RX72M输出的25MHz的时钟。

审核编辑：黄飞