Машина состояний EtherCAT

Машина состояний EhterCAT (EtherCAT State machine (ESM) -- каждое устройство EtherCAT может и обязано находиться в одном из предопределенных состояний. В каждом из состояний мастером шины производятся определенные действия. Даже в случае ошибки или аварии устройство переходит в заранее предусмотренное состояние и выставляет флаг ошибки. Если устройство не поддерживает аппаратный μС-контроллер, то оно должно эмулировать машину состояний EtherCAT.

• Init (I) - нет синхронного обмена PDO; мастер может писать в информационные регистры подчиненных.
• Pre-Operational (Pre-Op, PREOP, P) -- нет синхронного обмена PDO; мастер конфигурирует подчиненных; обмен данными через асинхронные почтовые слоты.
• Safe Operational (Safe-Op, SAFEOP, S) - обмен данными через асинхронные почтовые слоты; синхронный обмен PDO -- только входа; выхода в безопасном состоянии ("Safe State").
• Operational (OP, O) -- полностью рабочий режим; синхронный обмен данными через PDO: как входа, так и выхода.
• Bootstrap (B) -- опциональный режим для "заливки" новых прошивок.

Часто используются сокращения или если хотят показать направление переключения:

• IP: Init → Pre-Op
• PI: Pre-Op → Init
• OI: Op → Init
• SO: SAFEOP → OP

Для инициализации подчиненного устройства, достаточно выполнить проход по состояниям: Init → Pre-Op → Safe-Op → Op (что сокращенно будет выглядеть как "I-P-S-O"). Здесь состояние Safe-Op не обязательно, но в стандарте фигурирует.

Для переконфигурации устройства необходимо вернуть устройство в состояние Init, а затем выполнить всю цепочку сначала: I-P-S-O. В результате прохода по этой последовательности, мастер заново переконфигурирует подчиненное устройство и гарантированно сбросит все ошибки устройства (если причина ошибки была устранена).

Смена состояния подчиненного устройства (или когда мастер управляет сам собой) происходит не сразу, а посредством управляющего регистра, т. е. сначала мастер запрашивает требуемое состояние, и только затем подчиненный какое-то время пытается изменить свое состояние, по результату изменяя значение регистра состояния. Если подчиненный не смог переключиться в требуемое состояние, то в итоге получится разное значение для запрошенного состояния подчиненного (Requested State) и текущего состояния подчиненного (Current State). Этот процесс хорошо отслеживается на закладке "Online" в System Manager.

Множество тонких настроек поведения EtherCAT-устройства доступны во вкладке "EtherCAT", диалог "Advanced Settings...".

Библиотека TcEtherCAT.lib

Библиотека входит в стандартный комплект TwinCAT и содержит множество низкоуровневых и чуть-выше функций для работы по шине EtherCAT:

• CoE Interface (CAN over EtherCAT) -- работа с параметрами подчиненных устройств у которых внутренняя шина -- CAN: многие модули расширения, дискретные и аналоговый входа/выхода и пр.
• SoE Interface (SERCOS over EtherCAT) -- функции работы с параметрами SERCOS-устройств; например, сервоусилители серии AX5000.
• FoE Interface (File over EtherCAT) -- функции заливки прошивки в устройства.
• Множество других функций: диагностика рабочих счетчиков (WcState), подсчет контрольных сумм, функции конвертеры для распределенных часов и т. п.

Для переключения состояния подчиненного можно воспользоваться функциями FB_Ec[Get|Req|Set]SlaveState. Для мастера -- аналогично, только Slave нужно заменить на Master.

Функция Get вернет текущее состояние в виде структуры ST_EcSlaveState, которая состоит из двух битовых полей:

• deviceState - состояние подчиненного устройства.
• linkState - состояние линии связи.

В библиотеке доступны следующие константы состояний: EC_DEVICE_STATE_INIT, EC_DEVICE_STATE_PREOP, EC_DEVICE_STATE_xxx, ...

Перед определением текущего состояния необходимо обработать поле deviceState битовой маской EC_DEVICE_STATE_MASK. Недостаточно просто вытащить из структуры поле и сравнить его с константой состояния! Например, выясняем, что в настоящий момент устройство не способно полноценно работать:

IF ( curState AND EC_DEVICE_STATE_MASK ) <> EC_DEVICE_STATE_OP THEN

Кроме текущего состояния, поле deviceState содержит биты-флаги ошибок. Для них специальной маски нет, поэтому проверить устройство на ошибки можно следующим образом:

IF ( currState.deviceState AND 16#70 ) > 0 THEN

Подробнее о состоянии устройства можно прочитать в описании структуры ST_EcSlaveState.


Изменение состояния подчиненного устройства

Для изменения состояния устройства, в библиотеке существуют два набора функций: FB_EcReqSlaveState и FB_EcSetSlaveState. Разница в том, что Req отправляет запрос и заканчивает свою работу. Set же будет ожидать, пока устройство не переключится в необходимое состояние и, если этого не произойдет в течение времени tTimeout, выбросит ошибку: 16#745; (*ADSERR_DEVICE_CLIENT_TIMEOUT*)

Если в проекте не требуются нюансы работы с EtherCAT-шиной, то лучше воспользоваться функциями Set.

Не нужно изобретать свою функцию, когда уже есть готовая Set: она использует Req как основу, организуя внутри себя опрос состояния подчиненного устройства.