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如何将igh移植到不同RTOS以及Windows上

来源:好特整理 | 时间:2024-06-21 08:49:10 | 阅读:178 |  标签: T cat ETH S C in windows 操作系统 linux   | 分享到:

本文探讨IgH EtherCAT Master针对Linux/Windows/RTOS等不同操作系统的移植。

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本文将简要介绍如何将igh移植到zephyr、freertos、rtems、rtthread等RTOS,甚至在Windows上的方法。

前言

目前,EtherCAT商用主站有:Acontis、TwinCAT3、KPA、Codesys等,开源EtherCAT主站主要有两大方案:igh与SOEM。SOEM开源于2008年底1.1.2版本,具备良好的可移植性,能够轻松适配各类操作系统乃至裸机环境。然而,在功能丰富度与实时性能表现上(除裸机外)远不如IgH。想要应对复杂的EtherCAT应用场景则会非常困难。SOEM的协议栈运作依托于应用层接口的驱动,其内部并无独立任务(线程)。

相比之下,IgH诞生较早,IgH功能全面,同时注重实时性能。为了在Linux上获得良好的实时性能和低CPU利用率,同时方便多主站使用时进程间隔离等原因,IgH设计之初就基于Linux内核态,今天看来可移植性较差。

igh的高实时性能得益于Linux内核态可直接操作网卡收发,功能全面得益于其内部采用的多任务状态机架构,这些任务驱动机制通过系统调用向用户空间的EtherCAT应用提供服务,极大简化了应用层面的接口交互,使得EtherCAT应用操作接口变得极为简单。

那么IgH能移植到Linux用户态,或者其他zephyr、freertos、rtems、rtthread等RTOS吗?答案是当然能。

IgH整体框架及运行原理本详见博客文章 【原创】EtherCAT主站IgH解析(一)--主站初始化、状态机与EtherCAT报文 。

那么IgH能移植到裸机吗?理论上可以,但比较麻烦。但是IgH整体设计就是多任务的,关键点是没有任务调度,几个状态机如何驱动?不考虑权衡投入产出、可复用性,你可以自行尝试。

IgH依赖操作系统服务

IgH虽然运行在Linux内核态,但并不与Linux内核的耦合,整个协议栈只用到了Linux的基本服务。

操作系统服务 描述
任务(线程)调度 每个主站,内部状态机运行需要2个任务,EoE 1个(可选)、应用层周期任务
睡眠(定时服务) 任务睡眠,让出CPU;应用层通信周期控制,如果RTOS没有高精度定时接口,可启一个硬件timer回调更加精确。
读取时间戳 EtherCAT子报文对象维护需要收发时间戳
动态内存分配 master、slave、datagram、eoe、eeprom等对象需要动态内存分配
event(非必须) 应用调用主站服务时阻塞到事件等待,主站完成服务后通过事件唤醒应用
Semaphore/mutex 同步互斥
TCP/IP网络协议栈 主站已支持二层网络包转发,若设备本身需要TCP/IP网络远程调试工具需要TCP支持;可选实现主站EOE

关于RTOS的高精度定时器详见博客文章 不同RTOS中POSIX接口的实现差异 ,相关章节。

其他适配

其他一些数据结构以及网络接口相关:

  • 网卡驱动,主要实现轮询式无中断方式的 二层网络包收发 接口,原Linux ethernet设备的抽象及skb的替代实现;
  • EtherCAT主站初始化流程调整;
  • 链表、打印输出;
  • Linux相关特性删减修改:GNU C、unlikely、likely、prefetch,编译器特性等。

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