【原创】IgH EtherCAT主站详解(十二)--EtherCAT热插拔处理

热插拔处理

4.3 — 从站热插拔检测、配置恢复与 WKC 监控机制

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概览

什么是热插拔?

热插拔 (Hot-plug) 是指在 EtherCAT 主站运行期间，动态添加或移除从站设备而不需要重启主站或重新加载内核模块的能力。IgH EtherCAT Master 通过 Master FSM 的周期性广播探测来自动检测总线拓扑变化，并在检测到变化时触发重新扫描和配置恢复。

核心机制

检测: Master FSM 周期性 BRD 广播读取从站数量，通过 WKC 和从站计数变化检测拓扑改变
扫描: 检测到变化后自动触发完整的拓扑扫描
配置: 扫描完成后，根据已有的从站配置 (ec_slave_config) 自动恢复
恢复: 将重新上线的从站配置到与之前相同的状态 (PDO/SDO/DC)

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技术详情

热插拔检测机制

Master FSM 在 IDLE 线程的每次循环中都会执行广播读取：

flowchart TDA["Master FSM: broadcast 状态"] --> B["BRD 读取 0x0130<br/>slaves_responding[dev_idx]"]B --> C{"WKC 正确?<br/>WKC = 从站数"}C -->|是| D["更新 slaves_responding"]C -->|否| E["记录 WKC 错误"]D --> F{"从站数量变化?"}E --> FF -->|是| G["标记 rescan_required"]F -->|否| H["继续监控下一设备"]G --> I["触发重新扫描流程<br/>清除地址→测量延迟→扫描"]H --> A

WKC (Working Counter) 监控

WKC 是检测从站在线/离线的关键指标。每个 EtherCAT Datagram 都有一个 WKC 字段：

操作	WKC 增量	说明
读操作	+1	每个成功读取的从站使 WKC 加 1
写操作	+2	每个成功写入的从站使 WKC 加 2
读写操作	+3	每个成功读写的从站使 WKC 加 3
广播读 (BRD)	= N	期望值等于在线从站总数 N

当 BRD 读取的 WKC 不等于预期的从站数量时，说明有从站上线或离线。

配置恢复流程

重新扫描完成后，Master FSM 会将已有的从站配置 (ec_slave_config) 与新扫描到的从站进行匹配：

sequenceDiagramparticipant FSM as Master FSMparticipant SCAN as Slave Scan FSMparticipant CFG as Slave Config FSMparticipant SLAVE as 从站设备Note over FSM: 检测到从站数量变化FSM->>SCAN: 触发重新扫描SCAN->>SCAN: 扫描所有从站(EEPROM+PDO)SCAN-->>FSM: 扫描完成，更新 slave 数组loop 每个在线从站FSM->>FSM: 查找匹配的 slave_config<br/>(VendorID+ProductCode+Alias/Position)alt 找到匹配的配置FSM->>CFG: 启动 Slave Config FSMCFG->>SLAVE: Init → Pre-Op (配置邮箱/SDO)CFG->>SLAVE: Pre-Op → Safe-Op (配置 PDO/FMMU)CFG->>SLAVE: Safe-Op → OpCFG-->>FSM: 配置恢复完成else 无匹配配置FSM->>FSM: 跳过，从站保留 Init 状态endend

从站配置匹配规则

匹配方式	优先级	匹配条件
Alias + Position	1 (最高)	从站 EEPROM 中的 Alias + 拓扑位置
Position only	2	仅按拓扑位置匹配
VendorID + ProductCode	必须	所有匹配都必须验证厂商/产品码

⚠ 注意事项

IDLE 阶段: 热插拔自动处理，扫描后自动配置
OPERATION 阶段: 默认禁止扫描 (allow_scan = 0)，需要应用层调用 ethercat rescan 或编程式触发
从站掉线: 在 OPERATION 阶段，从站掉线不会导致主站崩溃，但该从站的 PDO 数据变为无效，WKC 异常

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深入源码

检测关键代码路径

Master FSM broadcast 状态: master/fsm_master.c

在 ec_fsm_master_state_broadcast() 中：

1. BRD 读取寄存器 0x0130，获取 slaves_responding[dev_idx]
2. 验证 WKC 是否正确
3. 对比前后值，如果变化：fsm->rescan_required = 1
4. 在下一个循环中进入扫描阶段

扫描控制变量

源文件: master/master.c, master/master.h

字段	类型	说明
scan_busy	unsigned int	扫描是否正在进行中
allow_scan	unsigned int	是否允许新的扫描（OPERATION 时为 0）
scan_queue	wait_queue_head_t	扫描完成的等待队列
config_busy	unsigned int	从站配置是否正在进行中
slaves_responding[2]	unsigned int	每个设备上的响应从站数（主/备）

配置恢复流程图

flowchart TDA["扫描完成<br/>更新 slave 数组"] --> B["遍历所有在线从站"]B --> C["ec_master_find_config<br/>查找匹配的 slave_config"]C --> D{"找到匹配?"}D -->|是| E["关联 slave → config"]D -->|否| F["无配置，保持 Init"]E --> G["启动 fsm_slave_config"]G --> H["Init → Pre-Op<br/>配置邮箱 SyncManager"]H --> I["配置 SDO (CoE)"]I --> J["Pre-Op → Safe-Op<br/>配置 PDO/FMMU"]J --> K["配置 DC 同步参数"]K --> L["Safe-Op → Op"]L --> M["下一个从站"]F --> MM --> B

手动重新扫描命令

源文件: master/master.c:ecrt_master_scan_slave()

当用户执行 ethercat rescan 时：

1. 检查 allow_scan（OPERATION 阶段可能禁止）
2. 设置 scan_busy = 1
3. 清除旧的从站数组
4. 触发 Master FSM 的扫描流程
5. 等待 scan_busy 清零