【原创】EtherCAT主站IgH解析(二)-- 如何将Igh移植到Linux/Windows/RTOS等操作系统指南
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本文简单介绍如何将 igh 移植到 zephyr、freertos、rtems、rtthread等RTOS ,甚至 windows 上。
前言
目前,EtherCAT商用主站有:Acontis、TwinCAT3、KPA、Codesys等,开源EtherCAT主站则主要有两大方案:igh与SOEM,两者设计天差地别,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,应用层面想要应对复杂的EtherCAT应用场景会非常困难,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。