【產(chǎn)品應(yīng)用】EtherCAT主站控制器系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)試

EtherCAT作為高效的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其實(shí)時(shí)性能需依賴高實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)才能充分展現(xiàn)。本文以ZMC600E為例，測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)性并分析操作系統(tǒng)抖動(dòng)數(shù)據(jù)。

ZMC600E EtherCAT主站控制器 是廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司開發(fā)的新一代智能總線型控制器，其采用多核異構(gòu)應(yīng)用處理器為核心，其內(nèi)核包括2個(gè)64位的Arm?Cortex?-A53核，主頻1.0GHz；4個(gè)Cortex?-R5F內(nèi)核，主頻800MHz。同時(shí)板載1GB DDR4、4GB eMMC以及32KB FRAM。

ZMC600E EtherCAT主站控制器應(yīng)用于機(jī)器運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了確保精確的控制和協(xié)調(diào)動(dòng)作，保證機(jī)器的運(yùn)行穩(wěn)定性和精度，ZLG致遠(yuǎn)電子在開發(fā)過程中，根據(jù)多年深耕嵌入式領(lǐng)域的積累，對(duì)操作系統(tǒng)做了深度優(yōu)化，提供了穩(wěn)定可靠的RT補(bǔ)丁進(jìn)行Linux系統(tǒng)的適配，并反復(fù)測(cè)試優(yōu)化，得到了較好的系統(tǒng)抖動(dòng)參數(shù)。下面使用一個(gè)用于測(cè)試評(píng)估操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能的工具“cyclictest”來實(shí)測(cè)。

測(cè)試工具介紹

“cyclictest”的測(cè)試原理，是基于周期性任務(wù)的調(diào)度和執(zhí)行，去創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)周期性任務(wù)，并通過設(shè)置任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和調(diào)度策略來模擬實(shí)時(shí)任務(wù)的運(yùn)行。這些任務(wù)會(huì)在固定的時(shí)間間隔內(nèi)不斷運(yùn)行，并記錄每次運(yùn)行的開始和結(jié)束時(shí)間。通過這些時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，便可得到任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間和延遲情況。

測(cè)試步驟

1. 準(zhǔn)備好1臺(tái)測(cè)試電腦、1臺(tái)ZMC600E控制器、1臺(tái)可輸出24V的穩(wěn)壓電源、1條網(wǎng)線。

2. 穩(wěn)壓電源設(shè)置為24V/1A，網(wǎng)線連接ZMC600E控制器的NET1和測(cè)試電腦的網(wǎng)口。打開電源，給ZMC600E控制器供電。

3. 測(cè)試電腦IP設(shè)置為192.168.1.168，并通過ping包工具確認(rèn)可以ping通ZMC600E的NET1的IP地址：192.168.1.136。

4. 測(cè)試電腦打開串口調(diào)試工具“Putty”，在“Host Name”欄填入工控板的IP地址”192.168.1.136”,Port欄輸入“22”，選中“SSH”協(xié)議，如圖4所示。并點(diǎn)擊“Open”連接到ZMC600E控制器。

5. 輸入用戶名“root”和密碼“root”，登陸后，輸入“cd /usr/bin”進(jìn)入bin目錄，再輸入“cyclictest -p 98 -t 1”命令進(jìn)行測(cè)試。

6. 保持測(cè)試環(huán)境在連續(xù)大概15個(gè)小時(shí)的系統(tǒng)抖動(dòng)性測(cè)試中，得到輸出結(jié)果：最大抖動(dòng)為98us，平均抖動(dòng)為15us。

測(cè)試結(jié)果分析

按照同樣的方法，分別測(cè)試?ZMC300E 和 ZMC900E EtherCAT主站控制器的系統(tǒng)抖動(dòng)數(shù)據(jù)，得到以下表格。

通過測(cè)試步驟及測(cè)試結(jié)果可知，不同的產(chǎn)品平臺(tái)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能不一樣。其中ZMC300E是通過Xenomai補(bǔ)丁實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，ZMC600E和ZMC900E是通過RT補(bǔ)丁實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。為了確保精確的機(jī)器控制和協(xié)調(diào)動(dòng)作，保證機(jī)器的運(yùn)行穩(wěn)定性和精度，需要盡可能減小EtherCAT主站操作系統(tǒng)的抖動(dòng)，才可以充分發(fā)揮EtherCAT的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能。

ZMC300E/ZMC600E/ZMC900E選型表如下。