EtherCAT总线之IO模块读写
一、EtherCAT和CANOpen的异同
1980年代CAN总线诞生，1996年CANOpen协议发布，2003年EtherCAT技术发布。EtherCAT 和 CANopen 的核心关系是：CANopen 是协议规范（侧重应用层），EtherCAT 是总线技术（侧重物理层 / 传输层）—— 两者均源于 CAN 总线生态，EtherCAT 复用了 CANopen 的核心应用层规范，同时在底层传输上实现了质的突破，最终形成 “上层兼容、底层独立” 的技术互补格局。
EtherCAT完全复用 CANopen 的对象字典结构（索引范围、寻址方式），仅在 0x1C00~0x1C3F 等区间扩展了 Sync Manager、DC 同步等专属索引。完全保留 PDO/SDO 的功能定义，仅改变了底层传输方式。
CANopen 的 PDO 通过 COB-ID 映射到 CAN 帧，EtherCAT 的 PDO 通过 Sync Manager（同步管理器）绑定到以太网帧；CANopen 的 SDO 通过 CAN 帧分片传输，EtherCAT 的 SDO 通过邮箱通道（SM0/SM1）实现低延迟传输；
CANopen通过 EDS（Electronic Data Sheet）文件描述设备的对象字典、PDO 映射等配置，主站通过 EDS 识别设备；
EtherCAT通过 ESI（EtherCAT Slave Information）文件扩展 EDS 规范，新增了 Sync Manager、DC 同步、FMMU 等 EtherCAT 专属配置，同时兼容 EDS 的核心内容；
此外比较关键的差异就是CAN总线最大速率1Mbps，ms级抖动，而EtherCAT最大可以1Gbps速率，us级抖动。这其中的原因除了速率上的差异外，传输机制上有很大的差别，CANOpen是帧逐节点转发，需等待节点处理后再传递，而帧 “并行处理”，所有节点同时读取帧中自身数据（如下面的动图比较形象的展现了EtherCAT的传输原理）。
CANOpen主要运用在低速设备（传感器、执行器）、低成本场景，而EtherCAT多用在高速 IO、多轴伺服、实时控制场景，比如机器臂，具身智能等设备上。
二、睿擎派对接雷赛EM32DX-E4-V30模块
我从RC-Pi-3506的SDK1.5.0版本开始进行IO模块对接，经过SDK1.7.0版本，最后在SDK1.7.2版本上在RTT郭老师的协助下调试成功，SDK1.7.2和SDK1.7.0关于EtherCAT的接口调用差异还是蛮大的，所以本篇内容以SDK1.7.2版本为准。
在真正对接之前，除了硬件模块外，还需要硬件手册和ESI文件（文后附相关文件下载链接）。
我们以BSP 1.7.2版本的示例工程06_bus_ethercat_master_2motor_1io为基础进行开发调试。
本代码的官方说明的链接如下：
https://www.rt-thread.com/ruiching/document/site/rc3506/q7dq3ksb/#%E7%A4%BA%E4%BE%8B%E8%BF%90%E8%A1%8C
原示例支持2个伺服器+1个IO模块，为了简化，我们睿擎派只连接一个IO模块（如下图）。
所以ethercat_2motor_1io.c文件的第16行代码我们把电机的数量调整为0。
#defineMOTOR_NUM 0 //2
（1）配置PDO
最关键的部分是修改IO模块的PDO定义，由于官方示例中所用的IO模块（SG-ELC）和我们的型号规格不同，所以需要修改这部分配置。
查阅《EM32DX-E4 模块用户手册 V3.1》 第20页 5.2.1小结（如下图）
对应IO模块16路开关量输入，所以对应的pdo定义的代码如下：
staticec_pdo_entry_info_t eio_input_pdo_entries[] =
{
{ 0x6000, 0x01, 16 },
};
0x6000是索引地址
0x01 是子索引地址
16表示16bit
同样，我们查阅第22页5.2.3小结（如下图）
对应IO模块的16路开关量输出，所以对应的pdo定义代码如下：
staticec_pdo_entry_info_t eio_output_pdo_entries[] =
{
{ 0x7000, 0x01, 16 },
};
0x7000是索引地址
0x01 是子索引地址
16表示16bit
ec_pdo_entry_info_t是定义单个PDO条目的核心属性类型，其结构体的定义如下：
typedefstruct
{
uint16_t index; /**< PDO entry index. */
uint8_t subindex; /**< PDO entry subindex. */
uint8_t bit_length; /**< Size of the PDO entry in bit. */
} ec_pdo_entry_info_t;
index – DO主索引 （对象字典对应条目主索引地址）
subindex- DO子索引
bit_length – 对应的位数
我们再看5.2.1和5.2.3的说明，TxPDO0的索引地址为0x1A00，RxPDO0的索引地址为0x1600。
我们需要配置eio_pdos 对象数组，其结构体定义为ec_pdo_info_t ，原型如下：
typedefstruct
{
uint16_t index;
uint32_t n_entries;
ec_pdo_entry_info_tconst*entries;
} ec_pdo_info_t;
index – PDO索引，本身也是对象字典的一部分，TxPDO是 从站à主站（数据上传），RxPDO是主站à从站（指令下发）。
n_entries – 对应条目的数量
entries 条目数组指针。
所以eio_pdos 对象数组的定义代码如下：
ec_pdo_info_t eio_pdos[] = {
{ 0x1600, 1, eio_output_pdo_entries },
{ 0x1a00, 1, eio_input_pdo_entries },
};
接下来我们定义同步管理器相关内容。我们先看ec_sync_info_t 结构体定义。
typedefstruct
{
uint8_t index; /**< Sync manager index. */
ec_direction_t dir /**< Sync manager direction. */
uint32_t n_pdos; /**< Number of PDOs in \a pdos. */
ec_pdo_info_tconst*pdos; /**< Array with PDOs to assign. This
must contain at least \a n_pdos PDOs. */
ec_watchdog_mode_t watchdog_mode; /**< Watchdog mode. */
} ec_sync_info_t;
index – 同步管理器的硬件索引 0 – 15，常见的是SM0-SM3
对应SDO非实时操作
SM0（索引 0）- 主站→IO 模块（系统配置入），发送SDO报文，配置对象字典，接受CoE管理指令、
SM1（索引 1）- IO 模块→主站（系统响应出），SDO响应报文，回传诊断信息，发送从站状态切换码。
对应PDO实时操作：
SM2（索引 2）- 主站→IO 模块（输出）
SM3（索引 3）- IO 模块→主站（输入）
dir – SM的传输方向 EC_DIR_OUTPUT：主站输出→从站输入（RxPDO，如 DO 控制），EC_DIR_INPUT：从站输出→主站输入（TxPDO，如 DI 采集）。
n_pdos – SM要绑定的PDO数量（pdos数组中的PDO个数）
watchdog_mode -- 看门狗模式（枚举类型）：
- EC_WD_DISABLE：禁用看门狗
- EC_WD_ON：启用看门狗（主站心跳超时后，从站进入安全状态，如 DO 归零）
综上，所以eio_syncs的数组定义如下：
ec_sync_info_t eio_syncs[] =
{
{ 2,EC_DIR_OUTPUT, 1, &eio_pdos[0],EC_WD_DISABLE},
{ 3,EC_DIR_INPUT, 1, &eio_pdos[1],EC_WD_DISABLE},
};
也就是官方代码（右边）被左边的代码代替。
（2）配置DC
这部分相关的内容需要查询ESI文件，也就是因为DC配置有误，设备总进入不到OP模式的主要原因。
EM32DX-E4.xml文件里，支持两种产品型号，一种是EM32DX-E4-V30，一种是EM32DX-E4，
EM32DX-E4是支持DC同步的，配置如下图所示：
而EM32DX-E4-V30对应的ESI描述如下：
通过读取设备数据字典的信息，我们知道当前这款EM32DX-E4模块其实是EM32DX-E4-V30。它是不支持DC的。
相关DC配置必须为0才可以。另外查手册或者回读数据字典，我们都可以知道厂商ID为0x00004321，这个地方需要替换一下。
此外进入OP模式后，电机操作的代码注释掉就可以了，这里不做详述了。
三、运行调试
编译代码，然后部署。最后在远程操作终端，我们输入ect_csp_io,进行EtherCAT总线初始化及相关的配置。然后再输入motor_run命令，就可以看到开关量输出灯像走马灯一样运转了。
附1：内置调试命令