EtherCAT EOE 例程

简介

EtherCAT EoE（Ethernet over EtherCAT）是 EtherCAT 协议中的一种通信协议，用于在 EtherCAT 网络上传输标准以太网数据包。它允许非实时的以太网通信与实时的 EtherCAT 通信共存，为工业自动化系统提供了灵活的网络集成能力。

以下是 EoE 的主要特点和功能：

以太网隧道传输：
- EoE 在 EtherCAT 通信帧中封装标准的以太网数据包，使标准以太网通信协议（如 TCP/IP、UDP、HTTP 等）可以通过 EtherCAT 网络传输。
扩展网络功能：
- 支持将 EtherCAT 从站作为虚拟以太网设备加入到 TCP/IP 网络中。
- 允许通过 EtherCAT 通信链路访问远程的标准以太网设备。
高效整合：
- EoE 的实现不会影响 EtherCAT 的实时性能。
- 非实时的以太网通信与实时的 EtherCAT 数据交换能够共存，各司其职。
使用场景：
- 设备管理：通过 IP 协议访问 EtherCAT 从站设备（如远程配置、诊断和固件更新）。
- 混合网络：集成需要标准以太网通信的设备（如摄像头、传感器或工控机）。
简化网络布线：
- 在工业自动化场景中，EoE 允许通过 EtherCAT 网络访问以太网设备，从而减少了独立以太网布线的需求。
典型应用：
- 工厂自动化系统中的远程监控和诊断。
- 工业机器人或生产设备与外部 IT 系统的通信桥接。

本节将演示如何使用Beckhoff TwinCAT3和EtherKit开发板实现EtherCAT EOE主从站通信。

前期准备

软件环境：

[RT-Thread Studio](https://download-redirect.rt-thread.org/download/studio/RT-Thread Studio_2.2.8-setup-x86_64_202405200930.exe)
RZN-FSP v2.0.0
Beckhoff Automation TwinCAT3

硬件环境：

EtherKit开发板
网线一根
Jlink调试器

TwinCAT3配置

在启动TwinCAT3之前，我们还需要做一些配置操作：

安装ESI文件

启动TwinCAT之前，将发布文件夹中包含的ESI文件复制到TwinCAT目标位置：“…\TwinCAT\3.x\Config\IO\EtherCAT”

注意：当前版本的 ESI 文件位于：…\board\ports\ethercat\ESI_File\Renesas EtherCAT RZT2 EoE.xml”

添加TwinCAT网卡驱动

添加 TwinCAT 的以太网驱动程序（仅限首次使用配置即可）；从开始菜单中，选择 [TwinCAT] → [Show Realtime Ethernet Compatible Devise…]，从通信端口中选择连接的以太网端口并安装。

在这里我们能看到目前PC端的所有以太网适配器信息，选择我们测试要用的端口后，点击安装：

检查网络适配器，可以看到已经成功安装了：

FSP配置说明

接下来就是引脚初始化配置了，打开安装的RZN-FSP 2.0.0，选择我们工程的根目录：

我们进行以下外设及引脚的配置：点击New Stack，并添加 ethercat_ssc_port 外设：

配置ethercat_ssc_port：修改Reset Port为P13_4，同时EEPROM_Size大小设置为Under 32Kbits；

使能网卡类型、配置网卡设备参数，这里我们添加两个phy（phy0和phy1），其中需要注意的是，EtherKit使用的是rtl8211网卡，并不在瑞萨FSP的支持范围内，但好在瑞萨预留了用户自定义网卡接口，因此按照如下设置来配置网卡，同时设置MDIO类型为GMAC，设置网卡初始化回调函数ether_phy_targets_initialize_rtl8211_rgmii()；

网卡引脚参数配置，选择操作模式为RGMII：

ETHER_ESC设置：

ETHER_GMAC配置：

为ethercat_ssc_port添加cmt定时器并配置中断优先级：

添加Ethernet外设：

ethernet中断触发回调设置为：user_ether0_callback

最后点击Generate Project Content生成底层驱动源码。

构建配置

修改sconscript：进入工程找到指定路径下的文件：.\rzn\SConscript，替换该文件为如下内容：

Import('RTT_ROOT')
Import('rtconfig')
from building import *
from gcc import *

cwd = GetCurrentDir()
src = []
group = []
CPPPATH = []

if rtconfig.PLATFORM in ['iccarm'] + GetGCCLikePLATFORM():
    if rtconfig.PLATFORM == 'iccarm' or GetOption('target') != 'mdk5':
        src += Glob('./fsp/src/bsp/mcu/all/*.c')
        src += Glob('./fsp/src/bsp/mcu/all/cr/*.c')
        src += Glob('./fsp/src/bsp/mcu/r*/*.c')
        src += Glob('./fsp/src/bsp/cmsis/Device/RENESAS/Source/*.c')
        src += Glob('./fsp/src/bsp/cmsis/Device/RENESAS/Source/cr/*.c')
        src += Glob('./fsp/src/r_*/*.c')
        CPPPATH = [ cwd + '/arm/CMSIS_5/CMSIS/Core_R/Include',
                            cwd + '/fsp/inc',
                            cwd + '/fsp/inc/api',
                            cwd + '/fsp/inc/instances',]

if GetDepend('BSP_USING_ETHERCAT_EOE'):
    src += Glob('./fsp/src/rm_ethercat_ssc_port/*.c')
    CPPPATH += [cwd + '/fsp/src/rm_ethercat_ssc_port']

group = DefineGroup('rzn', src, depend = [''], CPPPATH = CPPPATH)
Return('group')

Kconfig修改：打开工程下的文件（projects\etherkit_ethercat_eoe\board\Kconfig），在Onboard Peripheral Drivers选项中加入EOE配置：

        config BSP_USING_ETHERCAT_EOE
            bool "Enable EtherCAT EOE example"
            select BSP_USING_ETH
            default n
            if BSP_USING_ETHERCAT_EOE
                config RT_LWIP_IPADDR
                    string "set static ip address for eoe slaver"
                    default "192.168.10.100"
                config RT_LWIP_GWADDR
                    string "set static gateway address for eoe slaver"
                    default "192.168.10.1"
                config RT_LWIP_MSKADDR
                    string "set static mask address for eoe slaver"
                    default "255.255.255.0"
            endif

如下图所示：

使用studio开发的话需要右键工程点击 同步scons配置至项目；如果是使用IAR开发请在当前工程下右键打开env，执行：scons –target=iar 重新生成配置。

RT-Thread Studio配置

完成FSP配置之后，引脚及外设的初始化就暂告一段落了，接下来需要我们使能EtherCAT EOE示例，打开Studio，点击 RT-Thread Settings，使能EOE示例：

下面我们还需要配置禁用dhcp功能并使用静态IP，点击组件->使能lwip堆栈，选择禁用DHCP；

使能完毕后我们保存settings配置并同步scons配置，同时编译并下载程序，复位开发板后观察串口日志：

EtherCAT EOE配置

新建TwinCAT工程

打开TwinCAT软件，点击文件->新建->新建项目，选择TwinCAT Projects，创建TwinCAT XAR Project(XML format)工程：

从站启动EOE App

将EtherKit开发板上电后，需要使用网线连接ETH0网口，ethercat会默认运行。

从站设备扫描

新建工程之后，在左侧导航栏找到Devices，右键选择扫描设备。正常来说如果扫描从站设备成功的话是会显示：Device x[EtherCAT]；而扫描失败则显示的是：Device x[EtherCAT Automation Protocol]，此时就代表从站初始化失败。

点击Ok后会弹出一个窗口：Scan for boxes，点击确认后，会再次弹出窗口：Activate Free Run，由于我们首次使用EOE还需要更新EEPROM固件，所以暂时先不激活。

更新EEPROM固件

回到TwinCAT，在左侧导航栏中，由于我们已经成功扫描到从站设备，因此可以看到主从站的配置界面：

我们双击Box 1，在中间界面的上方导航栏中单击EtherCAT，并点击Advanced Settings…：

这里按图示点击Download from List…：

我们写入ESI固件到EEPROM中，这里由于我们配置的是双网口，所以选择Renesas EtherCAT RZ/N2 EOE 2port，如果你配置的是三网口的话则选择3port后缀的ESI文件进行下载。

下载完成之后，我们右键Device x(EtherCAT)移除设备后重新扫描并添加设备，并完成激活工作（参考上文）。

EtherCAT EOE通信

在完成EEPROM下载ESI固件并重新扫描添加设备后，激活Device我们可以观察到，板载有两颗绿色LED亮起（通信正常），并且其中一颗保持高频率闪烁一颗保持常亮，此时主从站就可以建立起正常的通信了。

EIO测试

由于我们提供的EOE工程集成了EIO协议，因此可直接进行EIO测试，在本例程中，我们提供三个USER LED作为EIO的输入，回到TwinCAT，依次点击Device x(EtherCAT)->Box 1(Renesas EtherCAT RZ/N2 EOE 2port)->RxPD0-Map->OutputCounter：