做伺服驅(qū)動器的朋友應(yīng)該都有同感好幾年都是CANopen和脈沖接口打天下突然有一天銷售說“客戶要求EtherNet/IP而且必須是內(nèi)嵌到驅(qū)動器里不能外掛轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)”。我當(dāng)時(shí)接到的這個(gè)改造項(xiàng)目就是這么來的。項(xiàng)目本質(zhì)是把一塊帶EtherNet/IP協(xié)議棧的嵌入式通訊小板通過SPI接口接到伺服主控板上然后把手上的供應(yīng)商Demo程序適配成真正能用的伺服通訊固件。這篇文章會從方案選型開始把SPI通訊機(jī)制、Demo程序改造步驟、現(xiàn)場排錯經(jīng)驗(yàn)完整過一遍適合做伺服控制器、嵌入式通訊、以及準(zhǔn)備在自家產(chǎn)品里內(nèi)嵌EtherNet/IP從站技術(shù)的朋友參考。1. 先想明白為什么EtherNet/IP選擇“內(nèi)嵌SPI小板”方案1.1 面見客戶之后的隱藏需求客戶是給汽車產(chǎn)線做集成的產(chǎn)線上清一色AB PLC上位用了FactoryTalk設(shè)備聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)名要EtherNet/IP。當(dāng)時(shí)我們拿了一臺開發(fā)中的樣機(jī)過去主控MCU是STM32H7系列目前只有CANopen和脈沖接口。客戶的意思很直接不要外面掛一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器要驅(qū)動器本體上直接出網(wǎng)口。原因有三條柜內(nèi)空間緊張、不希望額外供電和接線、維護(hù)備件時(shí)不想多一個(gè)“莫名奇妙的盒子”。外掛網(wǎng)關(guān)當(dāng)然是最快的方案市面上各種協(xié)議轉(zhuǎn)換器一抓一大把但客戶不接受。剩下的路就是要么自己寫EtherNet/IP從站協(xié)議棧要么買協(xié)議芯片/通訊模塊內(nèi)嵌到驅(qū)動器里。這個(gè)決定會直接影響項(xiàng)目周期和后期維護(hù)成本需要仔細(xì)權(quán)衡。1.2 三種實(shí)現(xiàn)路徑的對比我實(shí)際調(diào)研了三種內(nèi)嵌方案自研從站協(xié)議棧純軟件跑在主控MCU上用帶EtherNet/IP能力的MCU或者通訊協(xié)處理器協(xié)議芯片/模塊如Hilscher netX、Anybus CompactCom通過SPI接口與主控板連接三種路徑的對比我整理了一張表方案開發(fā)周期認(rèn)證成本維護(hù)難度適合場景自研協(xié)議棧6-12個(gè)月起步需要ODVA認(rèn)證CT測試很苛刻協(xié)議更新、bug修復(fù)靠團(tuán)隊(duì)自身出貨量很大的平臺級產(chǎn)品帶協(xié)議MCU3-6個(gè)月仍需認(rèn)證依賴芯片廠商協(xié)議庫質(zhì)量通訊需求固定的產(chǎn)品線協(xié)議芯片/模塊1-3個(gè)月模塊通過認(rèn)證即可驅(qū)動器做集成測試協(xié)議棧維護(hù)由芯片廠商負(fù)責(zé)快速切入新通訊協(xié)議我最終選了協(xié)議芯片方案。原因很樸素團(tuán)隊(duì)最熟的是伺服控制算法和電機(jī)驅(qū)動對CIP協(xié)議棧的細(xì)節(jié)了解有限ODVA的CT測試不是三五天能準(zhǔn)備的。用協(xié)議芯片相當(dāng)于把“協(xié)議棧翻譯”這個(gè)活外包給了芯片我只需要通過SPI把數(shù)據(jù)喂進(jìn)去/取出來就行。后面的事實(shí)證明這個(gè)選擇確實(shí)幫我們避開了很多協(xié)議層面的坑。1.3 為什么Demo程序拿過來還要改造凡是接觸過這類通訊板的朋友都知道芯片廠商會給你一份完整的Demo工程。它通常跑在一套開發(fā)板或者通用評估板上邏輯正確、協(xié)議流程完整。但你把它放到伺服驅(qū)動器里會發(fā)現(xiàn)Demo里跑的是“演示數(shù)據(jù)”——輸入IO區(qū)放著遞增計(jì)數(shù)器、撥碼開關(guān)狀態(tài)、LED閃爍控制輸出IO區(qū)放著VLAN設(shè)置、自定義心跳值。這些數(shù)據(jù)流和伺服的“狀態(tài)字、速度反饋、報(bào)警碼”沒有任何關(guān)系。所以這個(gè)項(xiàng)目的核心工作可以概括為三句話把Demo的通訊框架理解透SPI收發(fā)、事件處理、狀態(tài)機(jī)把虛假的演示數(shù)據(jù)流替換成伺服的實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)把協(xié)議棧暴露出來的配置接口映射到伺服的實(shí)際參數(shù)這也是我在這個(gè)改造項(xiàng)目里踩過最多坑的地方。下面先講系統(tǒng)架構(gòu)再講具體的固件改造最后把我實(shí)際遇到的問題和一個(gè)比較典型的排錯鏈路完整寫出來。2. 硬件鏈路與數(shù)據(jù)流主控MCU是怎么“看見”EtherNet/IP的2.1 SPI連通后的內(nèi)存映射關(guān)系先看硬件層面的連接方式。伺服主控MCU以STM32H7為例有多個(gè)SPI外設(shè)其中一個(gè)SPI接口連接著一塊獨(dú)立的通信小板。小板的核心是一顆EtherNet/IP協(xié)議芯片芯片外接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RJ45網(wǎng)口小板上還有一顆負(fù)責(zé)上電時(shí)序、復(fù)位和配置的EEPROM。協(xié)議芯片對主控來說看起來就是“一個(gè)帶中斷的SPI從設(shè)備”。主控MCU需要做的事情就是協(xié)議芯片上電后主控向它寫入握手命令這里通常有個(gè)“握手寄存器”的超時(shí)等待機(jī)制建立通訊后主控周期性讀取輸入緩沖區(qū)寫入輸出緩沖區(qū)當(dāng)PLC發(fā)來連接請求、參數(shù)讀寫請求時(shí)協(xié)議芯片會拉高中斷引腳主控產(chǎn)生中斷并處理事件我用一個(gè)生活化的類比協(xié)議芯片像一位“外聘翻譯”。PLC說英語EtherNet/IP報(bào)文伺服說中文伺服控制字、狀態(tài)字翻譯已經(jīng)把英語語法全學(xué)會了你只需要把中文內(nèi)容寫在紙條SPI數(shù)據(jù)區(qū)上遞給它它翻完會把英文回復(fù)再放回紙條上遞給你。你不需要學(xué)英語但你得知道紙條放哪個(gè)抽屜、對方什么時(shí)候取走、什么時(shí)候放回。2.2 雙向通路上的三類數(shù)據(jù)實(shí)際在SPI鏈路上跑的數(shù)據(jù)可以分成三類IO實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)最重要的周期性數(shù)據(jù) 每次通訊周期主控MCU從協(xié)議芯片讀取Input緩沖區(qū)內(nèi)容PLC發(fā)給伺服的命令速度指令、控制字、目標(biāo)位置同時(shí)把Output緩沖區(qū)內(nèi)容寫進(jìn)去伺服回給PLC的狀態(tài)實(shí)際速度、實(shí)際位置、狀態(tài)字、報(bào)警碼。這個(gè)數(shù)據(jù)在CIP里被組織成Assembly對象。對伺服來說常用的做法是Output Assembly主控→協(xié)議芯片→PLC方向?qū)嶋H速度、實(shí)際位置、狀態(tài)字、報(bào)警碼Input AssemblyPLC→協(xié)議芯片→主控方向控制字、目標(biāo)速度/位置、模式字這里的“Input”“Output”很容易搞反我自己的記憶方法是站在PLC的角度看——PLC輸出的數(shù)據(jù)就是“Output”方向的數(shù)據(jù)PLC輸入的數(shù)據(jù)就是“Input”方向的數(shù)據(jù)。如果你站在自己的主控MCU角度看方向恰好相反所以做代碼對接時(shí)一定要先確認(rèn)你拿到的是哪個(gè)方向的緩沖區(qū)。顯式報(bào)文非周期性 這部分承載的是參數(shù)讀寫請求。PLC通過MSG指令讀驅(qū)動器的電子銘牌、運(yùn)行參數(shù)或修改增益。協(xié)議芯片把它解析之后以事件消息的形式通過SPI發(fā)給主控主控處理完后再把應(yīng)答數(shù)據(jù)寫回SPI。配置管理數(shù)據(jù) 包含模塊信息讀取、MAC地址、IP設(shè)置、通道配置、通斷狀態(tài)等。一般在啟動階段或調(diào)試階段使用。2.3 Demo初始化流程在做什么Demo程序的第一步不是直接開始讀寫IO數(shù)據(jù)而是先做一套“握手”。具體流程大概長這樣主控上電拉高復(fù)位引腳等待協(xié)議芯片啟動完成通常幾十毫秒到幾百毫秒主控通過SPI發(fā)送握手命令具體是向特定地址寫入握手值然后回讀直到芯片回應(yīng)預(yù)期的值設(shè)置通訊參數(shù)如SPI驅(qū)動速率、中斷極性、等待時(shí)間讀取通道信息確認(rèn)當(dāng)前固件加載的是EtherNet/IP從站驅(qū)動注冊中斷進(jìn)入正常循環(huán)這部分代碼在Demo里往往是現(xiàn)成的我第一次做的時(shí)候以為不用動。實(shí)際上它是最關(guān)鍵的“地基”——后續(xù)所有數(shù)據(jù)交換都依賴這套握手建立起來的通道。如果你的主控MCU SPI從模式配置有誤比如極性和相位不對可能連握手都完不成。我記得做硬件驗(yàn)證的時(shí)候邏輯分析儀抓SPI波形發(fā)現(xiàn)MISO一直在拉高全FF。排查了半天最后發(fā)現(xiàn)是協(xié)議芯片的SPI從設(shè)備要求CPOL1/CPHA1而Demo默認(rèn)代碼用CPOL0/CPHA0去通信。這就是典型的“Demo適配”第一課芯片手冊的時(shí)序圖一定要逐位對一遍別覺得供應(yīng)商給的代碼就一定是匹配你硬件設(shè)計(jì)的。3. Demo程序適配改造實(shí)操從廠商標(biāo)桿到伺服產(chǎn)品3.1 差異化清單改哪些、留哪些、刪哪些拿到Demo程序后我建議先建一張改造對照表。別急著改代碼先把每一份源文件歸類這樣整個(gè)改造任務(wù)會清晰很多。文件/模塊處理方式改造內(nèi)容SPI底層驅(qū)動保留引腳、DMA/中斷、時(shí)序參數(shù)按新板調(diào)整事件中斷處理保留僅調(diào)整與主控其他中斷的優(yōu)先級握手與初始化保留微調(diào)超時(shí)時(shí)間IO數(shù)據(jù)交換主循環(huán)改造數(shù)據(jù)源從Demo變量換成伺服狀態(tài)演示用途的界面/LED邏輯刪除改為伺服告警燈/狀態(tài)輸出Assembly配置改造長度、實(shí)例編號、映射表信息對象改造廠商ID、產(chǎn)品代碼、序列號必須換成自己的參數(shù)對象映射新增或改造把PLC要讀寫的參數(shù)接入伺服參數(shù)系統(tǒng)這樣分區(qū)之后改動量很清晰。Demo程序的“通訊引擎”部分基本不用動動的是“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)”部分。這句話非常關(guān)鍵因?yàn)楹芏嗤履玫紻emo后東邊改一下西邊改一下最后SPI時(shí)序亂了通訊徹底癱瘓。我建議的原則是能不動的地方絕對不動能通過配置修改的就不改代碼。3.2 把示例計(jì)數(shù)器換成伺服狀態(tài)Assembly映射表的改造這一節(jié)是核心中的核心。EtherNet/IP的IO數(shù)據(jù)交換通過Assembly對象實(shí)例來承載。通俗講Assembly實(shí)例就是“一段定好格式的緩沖區(qū)”。PLC側(cè)配置IO大小的時(shí)候其實(shí)是在和這段緩沖區(qū)做對齊。Demo程序里Input Assembly可能長這樣以我接觸過的某個(gè)示例為例字節(jié)0供應(yīng)商狀態(tài)字節(jié)字節(jié)1撥碼開關(guān)狀態(tài)字節(jié)2~3內(nèi)部計(jì)數(shù)器每10ms加1字節(jié)4~7VLAN配置預(yù)留這些數(shù)據(jù)對伺服毫無意義。我在改造時(shí)把它換成了和伺服控制相關(guān)的結(jié)構(gòu)體對應(yīng)關(guān)系如下輸入端主控→PLC方向字節(jié)0~1驅(qū)動器狀態(tài)字如0x0231表示運(yùn)行就緒字節(jié)2~5實(shí)際速度int32單位0.1 rpm或mm/min根據(jù)EDS定義字節(jié)6~9實(shí)際位置int32字節(jié)10~11報(bào)警代碼字節(jié)12~15扭矩反饋int16/int32輸出端PLC→主控方向字節(jié)0~1控制字bit0使能bit1復(fù)位故障bit2急停等字節(jié)2~5目標(biāo)速度字節(jié)6~9目標(biāo)位置字節(jié)10模式切換速度/位置/轉(zhuǎn)矩這里有個(gè)容易忽略的點(diǎn)字節(jié)序。CIP協(xié)議默認(rèn)使用Little-Endian小端字節(jié)序而很多伺服主控MCU在DSP/浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)習(xí)慣Big-Endian大端或者有獨(dú)立的字節(jié)序配置。改造時(shí)必須在賦值階段做字節(jié)序轉(zhuǎn)換否則你會發(fā)現(xiàn)PLC監(jiān)控到的速度反饋是百萬級的隨機(jī)數(shù)。我這邊實(shí)際做法是在Assembly的讀寫函數(shù)里邊統(tǒng)一加了一個(gè)字節(jié)序轉(zhuǎn)換工具函數(shù)。這樣通訊層看到的永遠(yuǎn)是標(biāo)準(zhǔn)Little-Endian伺服控制層內(nèi)部用自己習(xí)慣的字節(jié)序兩層通過透明轉(zhuǎn)換解耦。在聯(lián)調(diào)的時(shí)候先寫一個(gè)固定值到Assembly里比如0x12345678然后看PLC側(cè)讀出來是不是0x12345678用來快速驗(yàn)證字節(jié)序是否正確這個(gè)辦法比看實(shí)際電機(jī)數(shù)據(jù)直觀得多。3.3 參數(shù)對象讀寫讓PLC能改伺服增益IO數(shù)據(jù)只是“運(yùn)行時(shí)的血和肉”但PLC工程師還需要讀改參數(shù)。比如調(diào)試時(shí)在AB PanelView上寫一個(gè)數(shù)值改動伺服的PID比例增益或者讀取當(dāng)前報(bào)警歷史。這部分走的是EtherNet/IP的顯式報(bào)文通道。在CIP里伺服參數(shù)一般映射到Class 0x64Vendor Specific Object或Class 0x93/0x94之類的廠商自定義類。Demo程序里通常留了一個(gè)示例對象給你一個(gè)框架。改造任務(wù)就是把示例對象里那幾個(gè)假的屬性比如“示例參數(shù)1”“示例參數(shù)2”替換成真正讀伺服參數(shù)的接口。我當(dāng)時(shí)的做法是這樣定義一張伺服參數(shù)映射表把參數(shù)ID、名稱、讀寫權(quán)限、數(shù)據(jù)長度、最小值、最大值列清楚。在協(xié)議芯片的事件回調(diào)里當(dāng)收到CIP Set Attribute請求時(shí)先解析出請求的參數(shù)ID查映射表再調(diào)用伺服的參數(shù)寫入函數(shù)。參數(shù)寫入后返回成功狀態(tài)如果不允許寫就返回CIP規(guī)定的錯誤編碼比如0x0E表示屬性不支持。一個(gè)常見的坑是伺服參數(shù)中有一些是“運(yùn)行中禁止修改”的比如電機(jī)極對數(shù)、編碼器分辨率這類。在CIP顯式報(bào)文的處理函數(shù)里必須檢查伺服當(dāng)前狀態(tài)否則現(xiàn)場人員邊轉(zhuǎn)著電機(jī)邊改參數(shù)輕則報(bào)錯重則設(shè)備異常。這種檢查邏輯Demo里沒有需要自己加。后來我們還做了一個(gè)“只讀/可寫”屬性表讓PLC側(cè)編輯時(shí)能直觀看到灰色不可寫項(xiàng)。這個(gè)功能一開始沒人提但交付后現(xiàn)場工程師特別認(rèn)可因?yàn)槭〉袅舜罅俊盀槭裁磳懖贿M(jìn)去”的溝通。3.4 超時(shí)停機(jī)邏輯別讓伺服在通訊斷開時(shí)還轉(zhuǎn)著幾乎每個(gè)通訊型伺服產(chǎn)品都有這個(gè)要求通訊超時(shí)后伺服要進(jìn)入安全狀態(tài)而不是保持最后一條指令繼續(xù)運(yùn)行。這在EtherNet/IP里對應(yīng)一個(gè)機(jī)制RPIRequested Packet Interval超時(shí)和Connection Timeout。協(xié)議芯片通常會提供一個(gè)超時(shí)回調(diào)或超時(shí)狀態(tài)位。Demo里一般只實(shí)現(xiàn)“超時(shí)后打印日志”或者“LED閃爍報(bào)警”。但對一個(gè)伺服驅(qū)動器來說超時(shí)后必須切斷使能讓電機(jī)停止輸出。我把超時(shí)處理接進(jìn)伺服主狀態(tài)機(jī)的高優(yōu)先級分支里if (timeout_flag 1) { drive_set_state(DRIVE_STATE_FAULT); drive_output_torque_enable(0); drive_status_word | STATUS_COMM_TIMEOUT; }這里特別注意一點(diǎn)從SPI讀出超時(shí)標(biāo)志到實(shí)際封鎖PWM輸出中間延遲必須控制在幾個(gè)毫秒以內(nèi)。如果你把超時(shí)判斷放在伺服環(huán)路比如1kHz外可能因?yàn)檎{(diào)度延遲讓電機(jī)多轉(zhuǎn)幾圈。我的做法是在SPI中斷里直接置一個(gè)原子標(biāo)志然后伺服環(huán)路每個(gè)周期檢查保證在下一個(gè)控制周期內(nèi)完成停機(jī)動作。3.5 信息對象配置廠商ID、產(chǎn)品名、序列號這一塊看似細(xì)節(jié)實(shí)則非常重要。EtherNet/IP從站有一個(gè)Identity ObjectClass 0x01里面包含Vendor IDDevice TypeProduct CodeRevisionSerial NumberProduct Name這些信息在Demo里全是廠商的默認(rèn)值。適配改造時(shí)必須替換成自己公司的廠商ID在ODVA注冊和伺服型號信息。否則現(xiàn)場用RSLogix掃描網(wǎng)絡(luò)可能看到的是一臺評估板而不是你的伺服型號。另外EDS文件里的這些字段必須和固件內(nèi)實(shí)際值保持一致。我記得有一次就是因?yàn)镋DS里Product Code寫了0x000A固件里寫的是0x0009PLC掃描后連線一直失敗排查了很久才發(fā)現(xiàn)是這種“低級”不一致。所以后來我們在量產(chǎn)測試程序里加了一項(xiàng)自動比對固件讀出的Identity信息要和標(biāo)書/EDS完全一致。4. 實(shí)測排錯AB PLC掃描不到數(shù)據(jù)的一個(gè)根因4.1 現(xiàn)象設(shè)備在線、IO不交換改造完第一版固件我們拿AB的CompactLogix PLC做了聯(lián)調(diào)。硬件連接正常點(diǎn)擊RSLogix的“Go Online”能夠看到設(shè)備出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)里設(shè)備名稱也正確顯示為我們的伺服型號。但建立IO連接后PLC側(cè)數(shù)據(jù)一直顯示為0且通訊樹里模塊狀態(tài)報(bào)“Connection Failure”。這里先說說我當(dāng)時(shí)的操作順序方便大家復(fù)現(xiàn)排查先用Wireshark在交換機(jī)鏡像口抓PLC到伺服之間的EtherNet/IP報(bào)文確認(rèn)PLC已經(jīng)發(fā)出了ForwardOpen請求查看伺服側(cè)是否回復(fù)了ForwardOpen響應(yīng)如果響應(yīng)是Error查看錯誤代碼4.2 Wireshark抓包定位過程我抓包后看到了很典型的情況PLC發(fā)出了ForwardOpen報(bào)文目標(biāo)IP是我們的伺服但從站返回了一個(gè)Connection Manager錯誤響應(yīng)錯誤碼是0x0001Connection failure或者更具體一點(diǎn)指向“Packet Rate / Connection Size”這一類問題。這里需要簡單科普一下EtherNet/IP的連接建立過程PLC先廣播/單播一個(gè)ForwardOpen請求告訴從站“我要建立一個(gè)連接輸入數(shù)據(jù)X字節(jié)輸出數(shù)據(jù)Y字節(jié)RPI是10ms超時(shí)是100msAssembly實(shí)例ID是xx”。從站收到后會拿這個(gè)請求和自身固件里配置的Assembly對象實(shí)例長度做匹配。如果從站覺得長度對不上就會拒絕連接。我們的現(xiàn)象就是PLC側(cè)組態(tài)配置了32字節(jié)輸入/32字節(jié)輸出但從站側(cè)固件里對應(yīng)的Assembly實(shí)例長度只有8字節(jié)。所以每次PLC發(fā)起ForwardOpen從站都直接拒絕。4.3 根因Assembly實(shí)例長度與EDS不一致回看代碼發(fā)現(xiàn)Demo的Assembly實(shí)例結(jié)構(gòu)體定義是這樣的typedef struct { uint8_t status; uint8_t mode; uint16_t counter; } assembly_in_t;這確實(shí)只有4字節(jié)或8字節(jié)。而我改造時(shí)雖然寫好了40多行的數(shù)據(jù)映射代碼但只改了映射函數(shù)忘了改Assembly實(shí)例的注冊表。也就是說從站向協(xié)議棧注冊的IO長度還是Demo默認(rèn)值但主控這邊一直以為要傳32字節(jié)。兩邊信息不對稱連接建立自然失敗。這個(gè)問題的本質(zhì)是Demo里有兩處需要同步修改的地方實(shí)際的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體定義你往里面塞了多少字段協(xié)議棧的“裝配對象”配置向PLC廣播這個(gè)實(shí)例有多大4.4 修復(fù)與驗(yàn)證修復(fù)方法就是在Assembly配置里把長度改為與EDS和結(jié)構(gòu)體一致。我梳理了一個(gè)三條對齊原則固件里Assembly結(jié)構(gòu)體長度 固件向協(xié)議棧注冊的IO長度固件向協(xié)議棧注冊的IO長度 EDS文件里聲明的Input/Output大小三者不一致時(shí)以EDS文件為準(zhǔn)因?yàn)镻LC是按EDS組態(tài)的改完重新編譯燒錄PLC重新掃描IO連接幾秒鐘就建立起來了。之后用邏輯分析儀看SPI波形確認(rèn)周期IO數(shù)據(jù)在穩(wěn)定交換PLC側(cè)看到了實(shí)時(shí)的伺服狀態(tài)字。這里是第一次完整跑通了整個(gè)鏈路。這道坎過去以后我總結(jié)出一個(gè)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)凡是IO數(shù)據(jù)建立不起來先別急著看SPI和伺服控制代碼第一件事就是核對Assembly實(shí)例長度。這個(gè)排查鏈路特別快往往幾分鐘就能定位是不是“尺寸”問題。另外如果固件和EDS是不同人維護(hù)的尤其容易出這種事。5. 現(xiàn)場穩(wěn)坑SPI布線、字節(jié)序、IP設(shè)置那些事后才懂的事5.1 字節(jié)序與數(shù)據(jù)對齊的細(xì)節(jié)前面提到了字節(jié)序這里展開說一下實(shí)際測試場景。伺服速度反饋是int32比如0x0001C200。如果字節(jié)序反了PLC讀到的可能是0x00C20100這種看起來毫無規(guī)律的數(shù)。工業(yè)現(xiàn)場很多人一看數(shù)據(jù)不對就說“通訊有問題”其實(shí)往往是字節(jié)序處理漏了。我們在固件里做了一個(gè)統(tǒng)一策略所有跨平臺傳輸?shù)臄?shù)據(jù)統(tǒng)一切成Little-Endian并且寫死了轉(zhuǎn)換宏。日后再接別的PLC或者換主控平臺這個(gè)策略可以復(fù)用。對于float類型的參數(shù)比如伺服增益建議按IEEE 754的字節(jié)序做轉(zhuǎn)換。很多協(xié)議棧支持“在對象定義里指定數(shù)據(jù)類型”但底層SPI搬運(yùn)的始終是裸字節(jié)轉(zhuǎn)換還得自己來。聯(lián)調(diào)的時(shí)候可以給PLC寫一個(gè)浮點(diǎn)參數(shù)比如1.0然后PLC讀出來看符不符合預(yù)期。5.2 SPI速率與線纜地上的一點(diǎn)教訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室階段SPI時(shí)鐘用10MHz跑得很穩(wěn)。到了現(xiàn)場出現(xiàn)偶發(fā)的通訊超時(shí)和參數(shù)讀失敗。檢查發(fā)現(xiàn)是連接主控板與通訊小板的那根排線太長而且沒有和地線配合好。SPI和I2C的一個(gè)明顯區(qū)別是SPI沒有內(nèi)置的應(yīng)答機(jī)制主設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)從設(shè)備沒有收到是不可能主動告知的。如果信號線上有嚴(yán)重的反射或者干擾就可能搬運(yùn)到錯誤數(shù)據(jù)而協(xié)議棧因?yàn)樾ｒ?yàn)字段沒通過直接丟棄表現(xiàn)就是通訊超時(shí)或報(bào)文丟失。I2C雖然慢但有ACK機(jī)制至少能在協(xié)議層面感知到從設(shè)備是否應(yīng)答SPI要靠物理層設(shè)計(jì)和上層超時(shí)來兜底。我最后的處理是SPI時(shí)鐘從10MHz降到4MHz排線改短并且中間加GND隔離一信號線一地的蛇形走線方式在協(xié)議芯片的SPI片選和中斷引腳上并聯(lián)小電容濾波降速之后通訊穩(wěn)定性明顯改善。很多人誤以為SPI跑越快越好但在工業(yè)現(xiàn)場產(chǎn)品中穩(wěn)定大于速度。畢竟伺服通訊周期性數(shù)據(jù)也就幾十個(gè)字節(jié)4MHz完全夠用。5.3 MAC地址管理、EDS文件版本這些“小事”量產(chǎn)階段還有一個(gè)問題容易被忽略MAC地址。協(xié)議芯片一般有全局唯一的MAC但如果每個(gè)模塊燒錄的固件版本不同或者你要求每個(gè)產(chǎn)品的IP地址由DHCP獲取MAC地址的唯一性就必須和固件燒錄流程綁定。我們最后在產(chǎn)線新增了一個(gè)工位讀取協(xié)議芯片的MAC和伺服本體序列號一并寫入“出廠銘牌”數(shù)據(jù)庫同時(shí)把對應(yīng)的EDS版本號也記錄在案。現(xiàn)場如果報(bào)通訊故障客服只需按序列號查庫就能知道這個(gè)驅(qū)動器用的哪版EDS、哪版固件排查效率會高不少。另外EDS文件的版本管理也值得多說一嘴。因?yàn)槭歉脑祉?xiàng)目固件迭代很快我們初期出現(xiàn)過一次EDS文件更新了但固件里Identity Object的Revision沒同步改導(dǎo)致PLC客戶端認(rèn)為設(shè)備固件版本過舊連接時(shí)提示版本不匹配。所以建議把“固件版本號”、“EDS版本號”、“CIP Revision”三方綁定在一起發(fā)布時(shí)一起更新。在這次適配改造過程中我最深的體會是Demo程序不是“拿來就能用”的它更像一張地圖讓你知道協(xié)議棧的接口在哪、數(shù)據(jù)流往哪走但真正讓它變成你自己的產(chǎn)品需要把業(yè)務(wù)邏輯一層層嵌進(jìn)去。伺服和EtherNet/IP的組合難點(diǎn)不在于SPI本身——SPI通訊是成熟的協(xié)議棧是現(xiàn)成的——而在于兩套完全不同的“世界觀”如何對齊一邊是電機(jī)的啟停和速度環(huán)另一邊是PLC的連接管理和數(shù)據(jù)塊交換。做這個(gè)項(xiàng)目之前我對“通訊協(xié)議”的理解更多停留在“收發(fā)字節(jié)”的層面做完之后才明白真正的通訊適配是數(shù)據(jù)語義的映射是把一個(gè)驅(qū)動器的靈魂裝進(jìn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的殼里。希望這篇文章能幫同行的朋友少走一些彎路。