瑞薩電子的 R-IN32M3 模塊終于為 EtherCAT 做好了準備。在硬件完好無損的情況下，只需更新固件即可支持三種主要協議：EtherCAT，在現有 PROFINET 和 EtherNet/IPTM 之上。

在這里，我將介紹使用此 R-IN32M3 模塊的 EtherCAT 兼容產品的開發。

什么是 EtherCAT?？

EtherCAT? 是由德國倍福自動化開發的開放式現場網絡，由 EtherCAT 技術集團 （ETG） 管理和運營。

EtherCAT 的物理包格式與 IEEE802.3 中規定的以太網幀相同，但幀中具有原始數據格式。最大的特點是采用“On-the-Fly”方式進行高速、高效的通信。

從主設備發送的數據包數據依次傳輸到通過以太網電纜連接的每個從設備，然后折疊回主設備（圖 1）。在這個周期中，每個從機直接讀取和寫入數據到數據包數據的適當部分。

為了實現這種獨特的通信方式，EtherCAT 從設備需要專用的硬件，但 R-IN32M3 模塊可以通過集成 EtherCAT 從控制器 （ESC） 和專用協議棧的 R-IN32M3-EC 輕松實現 EtherCAT 從設備。

圖 1 EtherCAT 通訊

什么是“R-IN32M3 模塊”？

瑞薩已經發布了多種工業以太網兼容的 LSI，但有時我們會聽到客戶的聲音，即使用 LSI 制作的小批量項目的開發周期和成本不匹配。R-IN32M3 模塊是一款可以響應此類聲音的產品。通過SPI通信連接主機MCU，可以快速開發工業以太網設備。

顯著特點：

一體式緊湊型硬件

內置三大工業網絡協議

高效的開發環境

通過在現有 EtherNet/IP 和 PROFINET 之上增加 EtherCAT 支持，R-IN32M3 模塊可以通過這三種協議支持近 75% 的工業以太網市場需求。通過更新到從瑞薩網站下載的最新固件，它可以在不改變硬件的情況下支持 EtherCAT。

以 EtherCAT 為例，大部分協議處理是由專用硬件完成的，因此可以在較短的時間內完成通信操作，但通過認證測試仍需要大約 6 個月到 1 年的時間。R-IN32M3模塊也可以縮短到2-6個月左右。

圖 3 顯示了開發通用工業以太網設備和使用 R-IN32M3 模塊的成本（持續時間或費用）的粗略圖。

圖 3 開發流程

讓我們看一下下面的每個開發步驟。

硬件設計

首先是板卡開發。R-IN32M3 模塊包括 EtherCAT 所需的所有部件，例如帶有外圍電路的雙端口 RJ-45 連接器、EtherCAT 從控制器 （ESC） 和 EtherCAT 所需的 EEPROM。該板只需連接一個用于串行通信 （SPI） 的 9 針接頭與主機 MCU，并為 EtherCAT 添加 LED 和 ID 選擇開關電路。

該模塊的設計考慮了以太網一致性測試和各種可靠性測試，可顯著降低開發成本

圖 4 框圖

協議棧

的實現 最大的特點之一是所有協議棧都包含在模塊的固件中，這帶來了顯著的成本優勢，因為它不需要從協議供應商處購買。

此外，R-IN32M3 模塊的固件將隨著協議標準大約每年一次的更新免費更新。能夠降低 TCO（總擁有成本）也是一大優勢，包括由于協議更新導致的維護成本。

應用程序開發

對于主機 MCU 固件開發，請根據硬件規格移植瑞薩電子提供的示例軟件。圖 5 顯示了主機 MCU 示例軟件的總體流程，它具有簡單的軟件結構，可以在 appl_loop（） 中實現用戶應用程序。

圖 5 示例軟件流程

協議認證

為了不僅推出 EtherCAT，而且推出兼容各種工業以太網協議的產品，您的產品必須通過協議協會的認證。這需要一定的專業知識，但是 R-IN32M3 模塊已經獲得了 ETG 認證，并結合了 R-IN32M3-Module-Solution-Kit 和 SK-S7G2 Starter Kit 的配置。通過使用 ETG 提供的一致性測試工具 （CTT） 預先檢查，它會毫無問題地通過。

結論

描述了使用 R-IN32M3 模塊開發 EtherCAT 從設備。支持PROFINET和EtherNet/IP等多種協議也是R-IN32M3模塊的一大特色。換句話說，完全不改變硬件就可以創建對應多種協議的產品。