STM32与LAN9252构建EtherCAT从站（一）

只看该作者 · 2021-12-29 22:45

项目简介
EtherCAT及项目简述

EtherCAT是一种基于以太网的工业通信协议，类似于Profinet。

EterhCAT协议是一主多从模式，主站一般是由一个装有TwinCAT的PC机担任，PC机对网卡特殊要求，需要支持EtherCAT的网卡。本项目的主站是一台倍福CX9020（仅支持TwinCAT2.0），这是一台ARM架构的PC，内装Windows CE操作系统，操作系统中装了TwinCAT2.

项目需要开发其从站，周期交互IO：64入64出，选用STM32F103+LAN9252构建。

只看该作者 · 2021-12-29 22:47

LAN9252工作模式
根据LAN9252的Datasheet所述，LAN9252一共有四种工作模式：

自我工作模式（数字I/O模式），8入8出
SPI 串口通信模式，4线串行数据（或更多SQI）
并行通信模式（HBI），16/8位数据交互
扩展模式，LAN9252与MCU之间SPI通信，同时对外再提供一组MII接口，可扩展连接另一组PHY芯片，多接一个RJ45端子。

只看该作者 · 2021-12-29 22:53

只看该作者 · 2021-12-29 22:54

根据需求，项目选择SPI串口模式。

只看该作者 · 2021-12-29 22:54

整体开发流程
淘宝购买相关学习板，得到文档和协议栈。
根据项目需求构建XML，该XML将会由TwinCAT2解析，并将相关特诊烧录进LAN9252连接的EEPROM中。
根据学习板附带的文档，尽可能理解EtherCAT协议栈和通信步骤。
根据项目需求绘制自选MCU与LAN9252的原理图和PCB。
移植相关代码到自己的MCU中，TwinCAT中编写PLC测试和调试。

只看该作者 · 2021-12-29 22:55

整个体系中，LAN9252起到以下作用：

PHY的作用，所有跟以太网RJ45交互的工作，都由LAN9252完成。
网络交换作用，EtherCAT要求从站必须有一拖一的能力，不可以终结总线，LAN9252有2端口/3端口模式，内部做网络交换。
数据解析及SPI下位机作用。MCU可以作为SPI主模式与LAN9252进行数据交互，其交互流程在协议栈中，非常复杂，没能完全理解。

只看该作者 · 2021-12-29 23:01

移植要处理的问题
首选需要初步理解TwinCAT使用的XML的作用，此XML是对设备的描述，类似于GSD文件。描述了通信时需要使用的对象字典，数据类型，长度等等。xml文件一般都有好几兆大小，但TwinCAT只会解析XML并将其中一部分特征数据烧录进LAN9252挂载的EEPROM中去，所以并不需要担心EEPROM大小问题，一般选择512KB的快速EEPROM（24FC512）。
根据自己的项目要求，设计XML，这个工作可以通过EtherCAT的开发工具SSC来简单实现，如果不使用SSC，手工修改XML将是一件非常麻烦的事情。
SSC在生成XML的同时，还可以生成代码，这份代码是没法直接用的，但里面有关字典的.c文件非常有价值，可以参考并移植到开发板的代码中去，完成自己的逻辑。

只看该作者 · 2021-12-29 23:05

代码层面的工作
整个EtherCAT协议栈相当复杂，几乎没办法阅读，只能从main()函数入手，简单地剥解一下代码，可以看到整个项目是由三个大函数构建而成的：

复制

HW_Init();

MainInit();

while (1){

    MainLoop();

}

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以上就是整个EtherCAT协议跑起来的骨架。此外，在MCU的GPIO和内部资源部分，需要做到以下几点：
SPI四根线的使能，跟LAN9252的通信就靠它了。

一个定时器中断，1ms周期，调用ECAT_CheckTimer();函数，但不要一上来就初始化使能这个中断，根据接口定义好使能入口，让协议栈调用，以上电就开启这个定时器中断会导致连接失败。

三个外部中断，IRQ,SCY0,SCY1,其中IRQ必须实现，SCY0和SCY1是分布式时钟同步用的，可以选择使用，也可不使用，注意这三个中断的使能同样要根据代码中的接口定义入口，由协议栈使能和失能中断，万万不可一上电就来使能中断。

中断中处理的代码如下：

只看该作者 · 2021-12-29 23:07

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void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {

 if (GPIO_Pin == LAN9252_IRQ_Pin) {

         PDI_Isr();

         return;

 }

 if (GPIO_Pin == LAN9252_SYC0_Pin) {

     DISABLE_ESC_INT();

     Sync0_Isr();

     ENABLE_ESC_INT();

     return;

 }

 if (GPIO_Pin == LAN9252_SYC1_Pin) {

     DISABLE_ESC_INT();

     Sync1_Isr();

     ENABLE_ESC_INT();

     return;

 }

}

只看该作者 · 2021-12-29 23:10

开发中使用的工具
STM32CubeMX5.1, Keil5(TrustStudio), Sublime3
SSC, XMLSpy
TwinCAT2.0, VirtualBox
AltiumDesigner18