EtherCAT 主站 IgH 学习之 —— xenomai_posix 例程代码

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0 缘起

最近项目上需要使用 xenomai 的实时内核。看了一下 ethercat igh 主站协议中有对 xenomai 的官方例程代码。于是就进行学习修改了也一下。下面也是记录一下修改记录，与对应的编码逻辑。

官方提供了两种 xenomai 的例程。我首先学习的是 xenomai_posix 的例程代码。

下面是完整的例程代码，点击打开可以显示完全。

可以看到例程代码的逻辑还是很清晰的。

1 代码关键部分

下面将对于例程代码中的关键部分进行分析。

1.1 头文件和全局变量

头文件

头文件：包含了标准 C 库、POSIX 线程、信号处理、时间管理等功能。

Xenomai 相关头文件：rtdm.h 和 rtdk.h 用于 Xenomai 的实时操作。

EtherCAT 主站库：ecrt.h 是 IgH EtherCAT Master 库的头文件，提供了 EtherCAT 主站的 API。

全局变量

NSEC_PER_SEC：定义每秒的纳秒数，用于时间计算。

cycle_us：定义周期时间（1 ms），即实时线程的执行周期。

cyclic_thread：实时线程的句柄。

run：标志变量，用于控制实时线程的运行。

1.2 EtherCAT 主站和域的定义

master：EtherCAT 主站的句柄。

master_state：主站的状态信息。

domain1：EtherCAT 域的句柄，用于管理过程数据。

domain1_state：域的状态信息。

domain1_pd：指向域过程数据的指针。

sc_dig_out_01：从站配置的句柄。

1.3 过程数据 PDO 映射配置

BusCoupler01_Pos 与 DigOutSlave01_Pos：

定义了对应的从站在主站总线上的位置信息。

Beckhoff_EK1100 与 Beckhoff_EL2004

定义了对应从站的 vendor ID. 和 product code.

domain1_regs：定义了 PDO 条目的映射关系。

DigOutSlave01_Pos：从站的位置（总线号，站号）。
Beckhoff_EL2004：从站的厂商 ID 和产品代码。
0x7000, 0x01：PDO 的索引和子索引。
&off_dig_out0：存储 PDO 条目在过程数据中的偏移量。

完整的 ec_pdo_entry_reg_t 结构体如下：

1.4 从站的 PDO 和同步管理器配置

slave_1_pdo_entries：

定义了从站的 PDO 条目，是从站 pdo 配置的一部分。

slave_1_pdos：

定义了从站的 PDO，配置从站同步管理器的时候需要使用。

slave_1_syncs：

定义了从站的同步管理器配置，可以配置对应的 pdo 的 OUTPUT 或 INPUT 模式，以及看门狗的配置。

1.5 实时线程的实现

域状态检查线程

这个检查线程，会检查域中的正在工作的从站数量和状态有没有发生变化，如果发生变化了那就打印出来。

主站状态检查线程

这个检查线程，会检查主站下的从站数量有没有发生变化，以及对应的所有的从站状态是否变化，以及对应的链路状态是否发生改变，如果发生改变那就打印出来。

实时线程：周期性地执行以下操作：

计算下一个周期的时间点。

使用 clock_nanosleep 实现精确的周期控制。

接收 EtherCAT 数据并处理域数据。

检查域和主站的状态。

更新过程数据（如控制数字输出）。

发送过程数据。

任务	执行周期	描述
主循环	1 ms	控制线程的精确周期执行。
域状态检查 (`rt_check_domain_state`)	1 ms	检查域的工作计数器和状态。
主站状态检查 (`rt_check_master_state`)	1000 ms (1 s)	检查主站和从站的通信状态。
输出状态切换 (`blink`)	200 ms	切换输出信号状态（如 LED 闪烁）。
输出数据写入	1 ms	向从站的输出通道写入数据。
过程数据发送	1 ms	将更新后的过程数据发送到从站。

1.6 主函数

1. 初始化和信号处理

这些代码设置了信号处理程序，以便在接收到终止信号（如 SIGTERM 或 SIGINT）时能够正确地停止程序。mlockall 函数用于锁定进程的内存，防止内存分页，从而确保实时性能。

2. 请求 EtherCAT 主站

实例化主站索引为 0 的主站。

3. 创建域

创建主站的管理域，多个从站可以使用同一个管理域进行同步配置。

4. 创建从站配置

这段代码为两个从站创建配置。如果配置失败，程序将返回错误。

5. 配置 PDO

6. 注册 PDO 条目

对应的操作 pdo 在 domain1_regs 进行配置。

7. 激活主站

8. 创建实时线程

这段代码创建一个实时线程，用于周期性地处理 EtherCAT 数据。线程的优先级设置为 82，并使用 FIFO 调度策略。如果线程创建失败，程序将返回错误。

9. 主循环

主循环等待信号处理程序将 run 变量设置为 0，然后等待实时线程结束。