自研主站软件支持两套开源主站栈:跨平台场景基于 Qt + SOEM 构建; 面向国产化 Linux 平台则采用 IgH EtherCAT Master,配合实时内核补丁运行。 两者均承担从站扫描、PDO 映射配置、状态机管理与周期过程数据收发, 常态控制周期 1 ms,可按项目需要收紧或放宽。
驱动侧遵循 CiA402 行规,通过对象字典完成控制字/状态字交互与模式切换, 支持 CSP(循环同步位置)、CSV(循环同步速度)、CST(循环同步扭矩)与 HM(回零)模式。
PXIe 与 EtherCAT 两条总线并行:分别面向集中式高采样采集与分布式实时控制,按项目约束选型或组合使用:
基于 DAQmx 驱动与 PXIe 背板时钟/触发总线实现多卡同步采集,适合极高采样率的集中式采集场景,含实时显示与流式存储。
利用 EtherCAT 分布式时钟为各从站模块建立统一时间基准,使多个采集模块之间、以及采集与控制输出之间保持确定性对齐。
验收口径:多个 AI 采集模块相互之间同步优于 1 µs;AI 与 DIO、AO 之间共享同一同步基准。 这是写进合同的指标,不是宣传语。
※ 指标为设计目标,按具体配置实测确认。
按功能独立拆分的模块矩阵,每模块一套「ESC + MCU + 功能电路」,统一支持分布式时钟。
从站侧采用 EtherCAT 从站控制器(ESC)+ STM32F 系列 MCU 的组合:ESC 承担总线链路与 DC 时基, MCU 承担功能电路控制与数据处理。数字量类模块可直接工作在 ESC 的数字 IO 模式,结构最简。
模块按标准 EtherCAT 从站实现,提供 ESI 描述文件,可被主流主站(SOEM、IgH、TwinCAT 等)直接识别与配置。
研究所客户的国产化要求(国产 CPU + 银河麒麟操作系统)直接决定了技术选型的边界: 依赖专有硬件与 Windows 驱动栈的平台不再可行。我们把整套软件栈迁移到开源可控的技术路线上。
实时性方面,主站允许挂载成熟的独立网卡,优先选择具备硬件时间戳能力的型号, 不必迁就国产 CPU 板载网卡的能力限制——这条自由度是整个迁移能成立的关键前提之一。
从站侧器件选型以供应稳定为先,主控采用 STM32F 系列,可选用成熟方案,不强行追求全链路国产器件而牺牲可靠性。
银河麒麟桌面/服务器版适配与实时性调优
国产 CPU 平台编译与运行验证
独立网卡选型,硬件时间戳优先
Qt 跨平台 UI + 开源主站栈
一套软件同时承担流程控制、实时监控、数据记录与报表输出。
多通道曲线实时绘制、数值面板、报警阈值与联锁动作提示,支持长时间连续运行。
高速流式存储,支持按试验批次归档、事后回放与数据导出(CSV / TDMS 等)。
试验流程编排、加载谱编辑、自动生成试验报表,减少人工记录与转录差错。
| 项目 | 指标 | 说明 |
|---|---|---|
| EtherCAT 控制周期 | 1 ms(常态) | 可按项目要求调整 |
| 多模块同步精度 | < 1 µs | AI 模块相互之间,DC 同步 |
| 跨类型同步 | 共享 DC 基准 | AI / DIO / AO 对齐 |
| 驱动协议 | CiA402 / CoE | CSP / CSV / CST / HM |
| 适配伺服 | 国产 EtherCAT 伺服 | 汇川 SV660N 系列、信捷 DS5C1 系列等 |
| 主站栈 · 跨平台 | SOEM | Qt 上位机,Windows / Linux 通用 |
| 主站栈 · Linux 实时 | IgH EtherCAT Master | 银河麒麟 + RT-PREEMPT / Xenomai 实时扩展 |
| 运行平台 | 银河麒麟 / 国产 CPU | Windows 平台亦可交付 |
| 存量采集 | PXIe 多卡同步 | DAQmx 驱动,背板同步 |
把通道数、采样率、同步要求与平台约束发来,我们给出架构建议与指标可行性分析。