【产品应用】EtherCAT主站控制器系统实时性测试

EtherCAT作为高效的现场总线网络技术，其实时性能需依赖高实时操作系统才能充分展现。本文以ZMC600E为例，测试系统实时性并分析操作系统抖动数据。



ZMC600E EtherCAT主站控制器 是广州致远电子股份有限公司开发的新一代智能总线型控制器，其采用多核异构应用处理器为核心，其内核包括2个64位的Arm®Cortex®-A53核，主频1.0GHz；4个Cortex®-R5F内核，主频800MHz。同时板载1GB DDR4、4GB eMMC以及32KB FRAM。

ZMC600E EtherCAT主站控制器应用于机器运动时，为了确保精确的控制和协调动作，保证机器的运行稳定性和精度，ZLG致远电子在开发过程中，根据多年深耕嵌入式领域的积累，对操作系统做了深度优化，提供了稳定可靠的RT补丁进行Linux系统的适配，并反复测试优化，得到了较好的系统抖动参数。下面使用一个用于测试评估操作系统实时性能的工具“cyclictest”来实测。


  测试工具介绍“cyclictest”的测试原理，是基于周期性任务的调度和执行，去创建一个或多个周期性任务，并通过设置任务的优先级和调度策略来模拟实时任务的运行。这些任务会在固定的时间间隔内不断运行，并记录每次运行的开始和结束时间。通过这些时间数据进行分析，便可得到任务的响应时间和延迟情况。


  测试步骤1. 准备好1台测试电脑、1台ZMC600E控制器、1台可输出24V的稳压电源、1条网线。


2. 稳压电源设置为24V/1A，网线连接ZMC600E控制器的NET1和测试电脑的网口。打开电源，给ZMC600E控制器供电。


3. 测试电脑IP设置为192.168.1.168，并通过ping包工具确认可以ping通ZMC600E的NET1的IP地址：192.168.1.136。

4. 测试电脑打开串口调试工具“Putty”，在“Host Name”栏填入工控板的IP地址”192.168.1.136”,Port栏输入“22”，选中“SSH”协议，如图4所示。并点击“Open”连接到ZMC600E控制器。

5. 输入用户名“root”和密码“root”，登陆后，输入“cd /usr/bin”进入bin目录，再输入“cyclictest -p 98 -t 1”命令进行测试。


6. 保持测试环境在连续大概15个小时的系统抖动性测试中，得到输出结果：最大抖动为98us，平均抖动为15us。



  测试结果分析按照同样的方法，分别测试 ZMC300E 和 ZMC900E EtherCAT主站控制器的系统抖动数据，得到以下表格。

型号	ZMC300E	ZMC600E	ZMC900E
平均抖动	18us	15us	3us
最大抖动	67us	98us	11us

通过测试步骤及测试结果可知，不同的产品平台，系统的实时性能不一样。其中ZMC300E是通过Xenomai补丁实现系统的实时性，ZMC600E和ZMC900E是通过RT补丁实现系统的实时性。为了确保精确的机器控制和协调动作，保证机器的运行稳定性和精度，需要尽可能减小EtherCAT主站操作系统的抖动，才可以充分发挥EtherCAT的先进网络性能。
ZMC300E/ZMC600E/ZMC900E选型表如下。





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