【产品应用】使用PCIE主站卡控制IO从站stepbystep（二）

原创 ZLG致远电子 2024-05-23 11:40

【有奖直播】工程师必看！3大行业10+应用场景的电流传感实战解析 开放·连接 2025玄铁RISC-V生态大会

ZLG致远电子的PCIe EtherCAT通讯卡该如何使用？PDO过程数据该如何操作？具体编程又该如何实现？续接上一章节，本文将为您详细讲解。

EtherCAT工业总线技术在工业自动化领域展现出了广泛的应用价值，特别是在运动控制、机器人技术和测量技术等方面。ZLG致远电子 PCIe EtherCAT通讯卡 基于自主知识产权的系统之上开发，实现了软硬件间的无缝连接，极大地提升了系统的稳定性、可靠性以及安全性。同时，该通讯卡还支持线路冗余以及热插拔功能，可轻松实现多轴同步控制和数据的高速传输。

此外，ZLG致远电子PCIe EtherCAT通讯卡还为用户提供了便捷的二次开发库，支持VC、C#、Linux、Python等各类主流开发环境，满足客户不同层次的开发需求。

值得一提的是，ZLG致远电子PCIe EtherCAT通讯卡通过将商业级EtherCAT主站协议和实时内核相结合的方式，有效释放主机资源，完美解决传统EtherCAT主站在非实时操作系统下运行所带来的各类问题，为用户带来了更加高效、稳定的解决方案。

图1 PCIe EtherCAT通讯卡

表1 PCIe EtherCAT通讯卡型号

基于上一章《使用PCIe EtherCAT通讯卡控制IO从站step by step（一）》中所讲诉的内容，我们已经完成了开发环境的搭建，以及主函数的建立，接下来，我们将会进一步完善主函数中的代码，实现对从站的PDO数据读写。

1. 代码编写

打开ecat_api_io_test.cpp文件。根据AWStudio软件导出的eni文件定义过程数据的结构体，打开eni文件，移动光标到文件尾部，找到注释的节点ENI_PDO_LIST。

图2 ENI文件(1)

图3 ENI文件(2)

节点中的inputs为从站返回的PDO过程数据，outputs为主站发送到从站的PDO过程数据，根据每个变量的位宽bit_size，我们可以定义对应的类型。

根据图2的信息，我们可以看出输出有三个变量，DI_1,AI_1,AI_2,长度分别为8位，8位，16位，输入有三个变量DO_1,AO_1,AO_2,长度分别位8位，8位，16位，定义结构体：

//过程数据，写入从站的数据格式typedef struct{    uint8_t DI_1;    uint8_t AI_1;    uint16_t AI_2;}PDO_OUTPUTS_T;
//过程数据，从站返回的数据格式typedef struct{    uint8_t DO_1;    uint8_t AO_1;    uint16_t AO_2;}PDO_INPUTS_T;

定义完过程数据的结构体后。

第一步，输入需要控制的pcie卡别名以及通道号，获取Ecat控制句柄。

EXIT_IF_FAIL(EcatOpen(&hHandle, BOARD_ALIAS(buff, alias), channel));

第二步，输入上位机程序导出的eni文件，启动Ecat主站。

EXIT_IF_FAIL(EcatBusRun(hHandle, fileName));

第三步，将Ecat主站状态切换为8（Operational）。

EXIT_IF_FAIL(EcatRequestMasterState(hHandle, EcatStateO));

等待主站切换状态。

uint8_t query = EcatStateNotSet;do{    EXIT_IF_FAIL(EcatGetMasterState(hHandle, &query));    //输出当前状态    _DBG_("request_state=%d, query_state=%d", EcatStateO, query);    if (query == EcatStateO){        break;;    }    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));}while(1);

第四步，定义PDO过程数据的指针并指向本地缓存空间，这一步将会让我们更加方便快捷地读写PDO数据。

图4 PDO数据的收发原理

执行EcatPINMap函数，将会修改第3个参数inputBuff,outputBuff的指向，让其直接指向本地输入输出缓存区，固不需要再额外申请空间。

PDO_OUTPUTS_T *outputBuff;PDO_INPUTS_T *inputBuff;//将指针inputBuff,outputBuff分别指向本地缓存的空间EXIT_IF_FAIL(EcatPINMap(hHandle, PI_AREA_LOCAL_INPUT, (void**)&inputBuff));EXIT_IF_FAIL(EcatPINMap(hHandle, PI_AREA_LOCAL_OUTPUT, (void**)&outputBuff));

第五步，向发送队列中添加空数据，添加空数据的数量取决于PC系统抖动的程度，抖动越小，添加的空数据越少，控制指令的滞后性越小。

for(auto i = 0; i < 2; i++){    EcatPIOutputQueuePush(hHandle, false, 100);}

第六步，使能过程数据PDO通信。

EXIT_IF_FAIL(EcatPIEnable(hHandle));

第七步，通过EcatPIInputQueuePop接口，等待从站数据返回，然后读写PDO过程数据，最后调用EcatPIOutputQueuePush接口将数据添加到发送队列。当前例子中，在收到从站返回的数据后，主站会将收到的输入数据写到输出的变量。

bool loopFlag = true;while(loopFlag){    //阻塞式等待PDO数据    if (!EcatPIInputQueuePop(hHandle, false, 100)){        /*********************************************************/        //修改过程数据        printf("0x%02x, 0x%02x, 0x%04x\r\n", inputBuff->DO_1, inputBuff->AO_1, inputBuff->AO_2);        outputBuff->DI_1 = inputBuff->DO_1;        outputBuff->AI_1 = inputBuff->AO_1;        outputBuff->AI_2 = inputBuff->AO_2;        /*********************************************************/        //将数据添加到PDO的发送队列中        if (EcatPIOutputQueuePush(hHandle, false, 100)){            _ERR_("PI push error.");            break;        }    }}

第八步，释放句柄。

EXIT_IF_FAIL(EcatClose(hHandle));

完整的ecat_api_io_test.cpp文件。

#include #include  //用于sleep#include  //用于sleep#include "pci_errno.h"#include "pci_zecm.h"#include "pci_dbg.h"
//过程数据，写入从站的数据格式typedef struct{    uint8_t DI_1;    uint8_t AI_1;    uint16_t AI_2;}PDO_OUTPUTS_T;
//过程数据，从站返回的数据格式typedef struct{    uint8_t DO_1;    uint8_t AO_1;    uint16_t AO_2}PDO_INPUTS_T;
int32_t testDemo(int alias, int channel, const char* fileName){    int32_t result = 0;    char buff[256];    ECAT_HANDLE hHandle;    //初始化hHandle句柄    EXIT_IF_FAIL(EcatOpen(&hHandle, BOARD_ALIAS(buff, alias), channel));    //启动主站    EXIT_IF_FAIL(EcatBusRun(hHandle, fileName));    //将状态切换为8(Operational)    EXIT_IF_FAIL(EcatRequestMasterState(hHandle, EcatStateO));
    //等待主站切换状态    uint8_t query = EcatStateNotSet;    do{        EXIT_IF_FAIL(EcatGetMasterState(hHandle, &query));        //输出当前状态        _DBG_("request_state=%d, query_state=%d", EcatStateO, query);        if (query == EcatStateO){            break;;        }        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));    }while(1);
    PDO_OUTPUTS_T *outputBuff;    PDO_INPUTS_T *inputBuff;    //将指针inputBuff,outputBuff分别指向本地缓存的空间    EXIT_IF_FAIL(EcatPINMap(hHandle, PI_AREA_LOCAL_INPUT, (void**)&inputBuff));    EXIT_IF_FAIL(EcatPINMap(hHandle, PI_AREA_LOCAL_OUTPUT, (void**)&outputBuff));
    //向发送队列中添加空数据，添加空数据的数量取决于PC系统抖动的程度，抖动越小，添加的空数据越少，控制指令的滞后性越小    for(auto i = 0; i < 2; i++){        EcatPIOutputQueuePush(hHandle, false, 100);    }    //使能过程数据PDO通信    EXIT_IF_FAIL(EcatPIEnable(hHandle));
    bool loopFlag = true;    while(loopFlag){        //阻塞式等待PDO数据        if (!EcatPIInputQueuePop(hHandle, false, 100)){            /*********************************************************/            //修改过程数据            printf("0x%02x, 0x%02x, 0x%04x\r\n", inputBuff->DO_1,inputBuff->AO_1, inputBuff->AO_2);            outputBuff->DI_1 = inputBuff->DO_1;            outputBuff->AI_1 = inputBuff->AO_1;            outputBuff->AI_2 = inputBuff->AO_2;            /*********************************************************/            //将数据添加到PDO的发送队列中            if (EcatPIOutputQueuePush(hHandle, false, 100)){                _ERR_("PI push error.");                break;            }        }    }
    //释放句柄    EXIT_IF_FAIL(EcatClose(hHandle));    return result;}
int main(int argc, char* argv[]){    ECAT_HANDLE hHandle;    char buff[256];    uint32_t channel = 0, alias = 0;    std::string eniFile;    if (argc != 4){        std::cout << "usage: " << argv[0] << " encoder_id channel eni.xml" << std::endl;        return 1;    }    alias = atoi(argv[1]);    channel = atoi(argv[2]);    eniFile = argv[3];    if (channel > 1){        channel = 1;    }    testDemo(alias, channel, eniFile.c_str());    return 0;}