24. EtherCAT 主站显控一体电机控制方案

24.1. 依赖SDK 1.11.0

24.2. 概述

本方案基于先楫半导体HPM系列MCU，结合EtherCAT主站技术和LVGL图形界面，实现了一套完整的EtherCAT主站电机控制解决方案。

本方案集成了以下核心功能：

EtherCAT主站：基于开源 CherryECAT 实现的工业级EtherCAT主站
CIA402电机控制：支持CSP（位置控制）、CSV（速度控制）运动控制模式
LVGL图形界面：提供直观的触摸屏控制界面，实时显示电机状态和运动参数
FreeRTOS实时操作系统：确保电机控制的实时性和稳定性
命令行交互：支持Shell命令行调试和配置

24.3. 核心特性

24.3.1. EtherCAT主站特性

异步队列式传输：一次传输可携带多个datagram
零拷贝技术：直接使用以太网TX/RX缓冲区
热插拔支持：自动扫描总线，拓扑变化时自动更新从站信息
自动状态监控：实时监控从站状态

24.3.2. 电机控制特性

CIA402标准协议：符合工业标准的电机控制接口
多种控制模式：
- CSP（位置控制模式）
- CSV（速度控制模式）
设备切换：支持多台电机设备的切换控制
实时反馈：位置、速度、状态实时显示
故障诊断：连接状态监测和错误提示

24.3.3. UI界面特性

现代化设计：基于LVGL v9的流畅触摸界面
速度控制：弧形滑块调节目标速度
位置控制：弧形滑块调节目标位置
实时波形：Chart图表显示运动曲线
设备管理：支持多设备选择和状态显示
按钮控制：启动/停止、正转/反转快捷操作

24.4. 硬件要求

24.4.1. 主控板要求

MCU: HPM6800EVK
显示屏: 1280x800分辨率触摸屏
以太网: 支持EtherCAT通信的以太网接口
调试接口: JTAG/SWD调试接口
串口: UART串口

24.4.2. 从站设备要求

支持CIA402协议的EtherCAT伺服驱动器

24.5. 软件架构

24.5.1. 系统框架

┌─────────────────────────────────────────┐
│         LVGL UI Layer                   │
│  (触摸控制 + 实时显示 + 中文界面)         │
└─────────────┬───────────────────────────┘
              │
┌─────────────┴───────────────────────────┐
│      Application Layer                  │
│  (CIA402控制逻辑 + 数据处理)              │
└─────────────┬───────────────────────────┘
              │
┌─────────────┴───────────────────────────┐
│      CherryECAT Master                  │
│  (PDO通信 + DC同步 + 状态机管理)          │
└─────────────┬───────────────────────────┘
              │
┌─────────────┴───────────────────────────┐
│      FreeRTOS + Ethernet Driver         │
│  (任务调度 + 网络驱动)                    │
└─────────────────────────────────────────┘

24.5.2. 任务结构

LVGL Task: 界面刷新和触摸事件处理
EtherCAT Task: PDO周期性通信和状态监控
Shell Task: 命令行交互和调试

24.6. 设备连接

24.6.1. 硬件连接示意图

[PC调试工具] ──USB──> [HPM主控板] ──JTAG──> [调试器]
                         │
                         │ EtherCAT
                         ├──> [伺服驱动器1] ──> [电机1]
                         │
                         ├──> [伺服驱动器2] ──> [电机2]
                         │
                         └──> [伺服驱动器N] ──> [电机N]

connect

24.6.2. 连接步骤

连接PC USB到主控板的DEBUG Type-C接口
连接调试器到JTAG接口
连接EtherCAT从站设备（伺服驱动器）
连接电机到伺服驱动器
连接显示屏到主控板（如使用UI界面）
上电启动系统

24.7. 端口设置

串口波特率: 115200bps
停止位: 1
校验位: 无
数据位: 8

24.8. 创建工程

generate_project

24.9. 运行现象

24.9.1. 系统启动

24.9.1.1. 工程初始化成功串口日志（未连接从设备时）：

start_log

24.9.1.2. 从机设备连接成功串口日志：

lvgl_log

24.9.2. UI界面显示

触摸屏会显示电机控制界面，包含以下元素：

顶部状态栏:

HPMicro logo
启动按钮
正转、反转按钮
控制模式下拉框

设备信息模块:

控制区域:

可拖动调节滑块（0-100）
向右滑动可控制速度或位置
实时数值显示

底部In/Output控制按钮:

INPUT模式选择按钮
OUTPUT模式选择按钮
12个位输入/输出按钮

lvgl_log

24.10. 功能特性

24.10.1. 1. 设备管理

自动扫描EtherCAT总线上的所有从站
支持热插拔检测
支持多设备切换控制
实时显示设备数量和当前选择

24.10.2. 2. 控制互斥

速度控制和位置控制互斥（速度模式和位置模式同时只能选择一个）
界面自动切换显示对应从设备信息

24.10.3. 3. 视觉反馈

按钮按下有视觉反馈
期望值和实际值的波形颜色不同，分开显示

24.10.4. 4. 数据采集

波形图实时显示电机运动状态
实时显示从设备状态信息