STM32与ethercat的开发

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应用层控制器部分是由STM32单片机最小系统组成，主要包括JTAG下载器
接口，3. 3V供电电源和8M的时钟晶振等。STM32单片机与ET1100芯片之间的过
程数据通讯通过SPI总线实现。SPI总线工作在主从模式下，STM32单片机为主
机，ET1100芯片作为从机。SP工的数据传输速度最高可以达到20MHz}2" a
数据链路层电路以ET1100芯片为核心，辅以一些外围电路模块和网络物理
层电路。25M的无源晶振提供时钟信号，EEPROM与ET1100芯片之间通过I2C总
线连接，EEPROM采用24LC16B芯片，主要用来存储从EtherCAT主站下载下来的
配置信息，包括过程数据接口的选择，同步模式选择以及SM, FMMU通道参数设
置等。ET1100芯片与网络物理层的连接选用支持MII (Media Independent
工nterface，介质独立接口)接口的以太网物理层PHY器件。ET1100的MII接口
被生产厂商进行过优化处理，为了降低数据传输的时延，对PHY芯片有一些特殊
要求，在本课题中，我选择了在ET1100兼容的PHY芯片列表中的KS8721BL芯片
作为PHY芯片。信号经过PHY芯片之后，经过隔离变压，与网口连接，通过网线
连接到PC主机，隔离变压芯片采用H1102系列芯片。在本章的后面内容中，会
详细介绍EtherCAT从站的电路设计。

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网络数据经过PH1'芯片之后，要经过隔离变压之后才能够和网线连接。隔离
变压能够保护电路，抑制干扰，提高通信的可靠性}:,o。隔离变压芯片使用H1102
芯片，H1102是一款高速、小体积的隔离变压芯片，广泛应用于以太网系列产品。
信号经过隔离变压后，与网线连接的接口采用RJ4}接头，RJ4型网线插头又称
水晶头，主要应用于局域网和工业以太网设备间网线的连接。这部分电路信号频
率较高，需要进行阻抗匹配，在电路设计和绘制电路板时都要格外小心。这部分
电路的原理图如图3. 1所示。

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系统初始化通过两个函数实现，函数定义为void HW_工nit)和void
SCATJnit. () o HW_工nit)函数用于初始化STM32单片机的片内外设，包括配置系
统时钟、IO引脚、外部中断、串口、SPI总线等等。该函数将系统主频配置到
72HMz，使能用到外部设备的相应时钟源，设置外部中断引脚用于分布时钟的同
步控制功能，设置STM32单片机的SP工总线工作在主模式，通信时钟频率设为
18MHzo
ECAT_工nit)函数用来初始化EtherCAT协议的相关变量和寄存器。包括清除
事件屏蔽寄存器0x204-Ox205;清除事件请求寄存器0x206-0x207;读取从站支
持的SM通道数量;将当前EtherCAT状态设为“初始化状态”以及初始化一些通
信变量。

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如图所示，设备描述文件第一部分描述制造商信息，主要包括制造商名称和
制造商ID两部分。其中制造商工D可以通过注册ETG协会会员并申请Vendor ID
的方法从ETG协会官方获取。第二部分是从站描述信息，这部分内容对从站设备
的基本信息和数据通讯的相关变量进行了配置，从站的基本信息主要包括从站设
备的标识、名称和接口类型等，这些信息用来表示特定的从站设备。数据通讯的
相关变量包括以下几个部分:FMMU单元的类型、通道数量、映射关系;SM通道
的数量、大小、起始地址;过程数据的索引、名称、类型;邮箱协议的选择、邮
箱变量的定义和字典映射;分布时钟的使能和EEPROM的配置信息等等。同时，
设备描述文件还有较强的扩展性，制造商除了可以配置上面所述的必要信息之外，
还可以根据自己产品开发的需求添加相应的功能模块。

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