KPA EtherCAT Master ist ein umfassendes Produkt für Spezialisten der industriellen Automatisierung, die beabsichtigen, ihre Anwendungen und Lösungen um Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsmöglichkeiten zu erweitern. Es handelt sich um die zweite Generation des EtherCAT-Masters von koenig-pa, die eine neue fortschrittliche Architektur und mehrere einzigartige Funktionen implementiert, die eine bessere Integration und Leistungssteigerung ermöglichen. Außerdem unterstützt es eine Vielzahl von Betriebssystemen.
Neue Funktionen
KPA EtherCAT Master ist ein Softwarestack, der allen Standards der EtherCAT Technology Group entspricht und zahlreiche Merkmale aufweist, die für die Entwicklung kostenoptimierter und leistungsfähiger SPS auf nahezu jeder Plattform (wie z. B. Arm/Arm64 oder x86/x64) zur Steuerung von EtherCAT-E/A beliebiger Hersteller verwendet werden können.
Vorteile und Hauptmerkmale
- Erfüllt die Standards der EtherCAT Technology Group (ETG)
KPA EtherCAT Master kann als standardmäßiges oder kundenspezifisches Funktionspaket geliefert werden. Es stehen zwei Standardpakete nach ETG.1500-Standard zur Verfügung: Klasse A (Standard-Paket) und Klasse B (Basis-Paket). Darüber hinaus stellt die koenig-pa GmbH das Premium-Paket vor, welches zahlreiche zusätzliche Leistungsmerkmale zur Erstellung innovativer Anwendungen integriert. - Verfügbar für zahlreiche Betriebssysteme sowie OS-lose Systeme
KPA EtherCAT Master ist für zahlreiche Betriebssysteme verfügbar, darunter Windows, INtime, RTX/RTX64, Linux, Linux+Xenomai, FreeRTOS, Nucleus, QNX, VxWorks, ReWorks, Integrity sowie für betriebssystemlose Systeme. Auf Anfrage können die Experten der koenig-pa GmbH den Support für jedes Betriebssystem anpassen. - Hardware-Erweiterungen für Xilinx/Intel FPGA (Altera) und Texas Instruments PRUSS Sitara CPU
Verfügbarkeit von IP Cores für Xilinx und für Intel FPGA (Altera) FPGAs, PRUss Co-Programm für Texas Instrument Sitara CPUs (AM47x und AM57x) steigert Produktivität und Datenverarbeitungseffizienz. Die Implementierung für AM6x ist auf Anfrage erhältlich. - Auto-Konfigurator für Online-Konfiguration
Der KPA EtherCAT Master kann den Bus on the fly ohne EtherCAT-Konfigurationswerkzeuge konfigurieren. Das Autokonfigurator-Modul ermöglicht es einer Benutzeranwendung, die Konfiguration des Slaves auszuwählen und zwischen verschiedenen Konfigurationen des Slaves umzuschalten, z. B. zwischen Positionsregelung eines Antriebs und Geschwindigkeitsregelung oder zwischen Buskonfigurationen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Slaves. - Prozessabbildprotokollierung für die Datenübertragung in Analysewerkzeuge
Der Prozessabbild-(PI-)Logger ermöglicht die Erfassung von Echtzeitdaten zur Übertragung auf andere Ebenen ohne Einfluss auf das Echtzeitverhalten des Steuerungssystems. Die Daten können an MATLAB, LabView (TDMS-Format) und beliebige andere Analysewerkzeuge übertragen werden. Die vollständige LabView-Integration erfolgt durch den Partner der koenig-pa GmbH – Ackermann Automation GmbH. Darüber hinaus hat die koenig-pa GmbH eine spezielle Python-Erweiterung entwickelt, die es erlaubt, Daten zu einer Datei beliebigen Formats, z.B. einer CSV-Datei, für deren Weiterverarbeitung zu aggregieren.
KPA EtherCAT Master Stack Architektur
Der KPA EtherCAT Master-Stack hat einen modularen Aufbau, um auf jede Anforderung bezüglich bestimmter Implementierungen reagieren zu können. Auf diese Weise lässt sich der Master bequem auf die Größe der Anwendung skalieren, auf unterschiedliche Betriebssysteme portieren sowie an verschiedene Hardware-Plattformen anpassen. Außerdem ermöglicht dies die Entwicklung und separate Anpassung jedes Moduls während die Funktion der anderen Elemente davon unberührt bleibt.
Durch die Gruppierung der Master-Module in die folgenden Schichten werden alle Funktionen klar voneinander getrennt:
Anwendungsschicht (Application Layer)
Die Anwendungsschicht (oder Application Layer) ist maßgeblich für die Interaktion von verschiedenen Programmier- und/oder Konfigurationsumgebungen mit anderen Anwendungen und Geräten. Sie schottet ab und:
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sichert zugleich den Zugang zu den Master-Funktionen seitens der Anwendungen oder Prozessaufgaben.
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ermöglicht die Interaktion mit dem Master über Interprozesskommunikationen wie „Aufruf einer fernen Prozedur“ (Remote Procedure Calls) und bietet TCP / IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) und/oder UDP-Verbindungen, beispielsweise für die Mailbox-Kommunikation mit Slaves über UDP (User Datagram Protocol).
KPA EtherCAT Master Stack Kern – Module
Mailbox Modul
Das Mailbox Modul des KPA Master Kerns nutzt Protokolle, um Servicedatenobjekte (SDP), Datentransfer und Datenaustausch zu handhaben. Die folgenden EtherCAT Standard-Protokolle werden bereits unterstützt:
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CoE – CANopen over EtherCAT (CAN Applikations-Protokoll)
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Ethernet over EtherCAT (EoE)
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Servo Drive Profil over EtherCAT
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File Access over EtherCAT (FoE)
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Vendor over EtherCAT (Anbieterspezifische Profile)
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ADS (Automation Device Specification) over EtherCAT
Prozessabbild Modul (Process Image Module)
Prozessabbild-Adressen werden (durch ein Konfigurationstool generiert) von der ENI-Datei (ENI = EtherCAT-Netzwerk-Informationen) zur Verfügung gestellt. Der Zugriff von Steuerungs-/Prozess-Aufgaben auf das Prozessabbild wird dabei durch die Master-Schnittstelle durchgeführt.
Distributed Clocks (DC)-Modul
KPA EtherCAT Master Synchronization Flyer (nur in Englisch) (234,9 KiB, 1.134 hits)
Frame Scheduler Modul mit unterschiedlichen Abtastraten für PDOs (Prozess-Daten-Objekte)
Das Modul zur Zeitablaufsteuerung der Frames (Frame Scheduler) ist ein Konfigurations-Werkzeug mit dem der Nutzer die Abtastraten jedes Slaves individuell einstellen kann. Das Frame Scheduler Modul verwaltet dabei die Geschwindigkeit der EtherCAT-Frames während deren Weiterleitung zum EtherCAT-Netzwerk –Treiber.
KPA EtherCAT Master Stack OSAL
Betriebssystem Abstraktionsschicht (Operating System abstraction layer – OSAL)
Die Master Stack OSAL ermöglicht es, den Master mit geringem Aufwand auf jedes andere Betriebssystem portieren zu können.
Diese Schicht besteht aus 2 Modulen:
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Dem Modul der Betriebssystem-Funktionen. Es enthält Wrapper für vom Betriebssystem abhängige Funktionen, die mit Threads, Timern, Mutexen usw. arbeiten.
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Dem Treiber-Modul der Netzwerk-Adapter. Dieses abstrahiert den Master-Stack Kern aus der zugrunde liegenden Netzwerk-Implementierung.
KPA EtherCAT Master Stack Benchmark
Config „Simple“:
64Bytes Rahmen, 1 LRD / 1 LWR, kein DC, keine Mailbox (EK1100 – EL1004 – EL2004)
Config „Complex“:
1 Vollbild (1514Bytes Frame für PDO), LRD / LWR Befehle, DC, Mailbox über EVENT (EK1100-EL1004-EL2004-EL1252-EL3102-EL4102-EL6751-EL6751)
Test Platform:
CPU: Intel® Core i7-3770 CPU 3.40 GHz 3.39GHz
NIC: Intel® Gigabit CT desktop adapter
RAM: 8GB
1. Vergleich der Master-Performance-Ergebnisse auf verschiedenen RTOS, aber auf dem gleichen Prozessor Intel Core i7 (Single-CPU-Kern für alle Master-Threads)
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| Zyklus-Zeit Master in [µs] | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Jitter, in [±µs] | 5 | 2 | 7 | 10 | 1 |
| Antwortzeit Slave (mittl.), in [±µs] | 43 | 32 | 43 | 33 | 22 |
| CPU Auslastung in [%] | 16 | 21 | 21 | 21 | 13,3 |
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| Zyklus-Zeit Master in [µs] | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| Jitter, in [±µs] | 4 | 2 | 3 | 4 | 1 |
| Antwortzeit Slave (mittl.), in [±µs] | 170 | 150 | 171 | 166 | 154 |
| CPU Auslastung in [%] | 10 | 12 | 13 | 13 | 3,8 |
2. Beste Master-Performance-Ergebnisse werden mit verschiedenen RTOS, bei gleichem Prozessor (Single CPU-Kern für alle Master-Threads) erzielt
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| Zyklus-Zeit Master in [µs] | 50 | 50 | 100 | 100 | 50 |
| Jitter, in [±µs] | 10 | 3 | 7 | 10 | 1 |
| Antwortzeit Slave (mittl.), in [±µs] | 43 | 32 | 43 | 33 | 22 |
| CPU Auslastung in [%] | 31 | 41 | 21 | 21 | 27,5 |
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| Zyklus-Zeit Master in [µs] | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| Jitter, in [±µs] | 4 | 2 | 3 | 4 | 1 |
| Antwortzeit Slave (mittl.), in [±µs] | 170 | 150 | 171 | 166 | 154 |
| CPU Auslastung in [%] | 10 | 12 | 13 | 13 | 3,8 |
3. Vergleich der Leistung des Masters beim Betrieb auf demselben Board, aber mit unterschiedlichen Methoden der Datenübertragung
(z. B. mit Hardware timed send).
| Über Linux-Treiber | Über den PRUSS-Treiber | Über PRUSS mit Hardware timed send | |
| Master-Zykluszeit, µs | min 232 – max 1705 | min 823 – max 1167 | min 999 – max 1000 |
| Antwortzeit der Slaves (Durchschnitt), µs | 348 | 176 | 7 |
| CPU-Auslastung (Durchschnitt), % | 47 | 32 | 29 |
Hardware-Leistungsvergleich (Englisch) (957,6 KiB, 38 hits)
KPA EtherCAT Master Stack Pakete
Master Klassen
Jedes Paket enthält eine Reihe von spezifischen Funktionen und Features. Die verschiedenen Pakete werden in Klassen eingeteilt, so dass Sie jederzeit eine Master-Klasse wählen und individuell zusammenstellen können, die perfekt auf Ihre Anwendungen passt. In der nachfolgenden PDF-Datei finden Sie eine Vergleichs-Matrix, die Ihnen die Unterschiede zwischen der Master Klasse „Basic“ (entspricht Klasse B nach ETG Standard) und „Standard“ (entspricht Klasse A) zeigt.
KPA EtherCAT Master Classes Flyer (811,6 KiB, 1.174 hits)
KPA EtherCAT Master WhitePaper (1,6 MiB, 1.324 hits)
Funktions-Pakete (Feature Packs) und Erweiterungen (Extensions)
Zusätzlich zu diesen beiden Klassen können Sie weitere Master Funktions-Pakete (Feature Packs) und Erweiterungen (Extensions) aus der folgenden Liste hinzuwählen:
KPA Master Erweiterungen (Extensions)
- Kabel-Redundanz (Standardmäßig in Premium verfügbar)
- Hot Connect (Standardmäßig in Premium verfügbar)
- TCP/UDP Mailbox Gateway (Standardmäßig in Premium verfügbar)
- Externe Synchronisation
- Multimaster
- CAN-DBC-Treiber
- Online Konfiguration
- Prozess-Abbild-Logger
- Master Redundanz
- VCOM-Treiber
- Hardware timed send
- Eindeutige Geräteidentifikation
- Sicherheit über EtherCAT
- KPA EtherCAT Python
WebSocket / OPC UA-Unterstützung
Master-Konfiguration und Variablen sind für externe Anwendungen und Dienste über mehrere namhafte Protokolle einschließlich WebSocket und OPC UA verfügbar.
Betriebssysteme
Wir bieten EtherCAT-Master-Pakete für die folgenden General-Purpose- und Echtzeit-Betriebssysteme an:
- Windows
- INtime
- Linux RT Preemt
- Xenomai
- QNX
- RTX/RTX64
- VxWorks
- Integrity
- FreeRTOS
- Nucleus
Jedes andere Betriebssystem kann auf Kundenwunsch unterstützt werden. Zusätzlich haben wir KPA EtherCAT Master auf Windows XP, CE6/7, OnTime RTOS-32, PikeOS, RTAI, etc. portiert, unterstützen diese Betriebssysteme aber nicht aktiv.
TI AM3xxx
BeagleBone Black with ARM® Cortex A8
We provide the Driver Integration Package with KPA network driver to speed up communication with BeagleBone Black board.
Improved performance of EtherCAT driver for standard TI LAN interface.
for Linux with Xenomai
Master v1.6.53902.0 and v2.4.46803.0 supports BeagleBone Black with ARM® Cortex A8 processor for Linux Xenomai version 2.6/3.0/3.1.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler.
for Linux Rt-Preempt
Master v2.4.47806.0 supports BeagleBone Black with ARM® Cortex A8 processor for Linux 6.4.1 with the corresponding Rt-Preempt patch.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler.
for QNX 6.6
Master v1.6.53720.0 supports BeagleBone Black with ARM® Cortex A8 processor for QNX 6.6.
Standard QNX LAN drivers are used , in networks stack. Master is running in network(kernel) space.
Available extensions: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler.
TI AM4xxx
MYIR with TI AM437x Series ARM® Cortex A9
for Linux Rt-Preempt
Master v2.4.47806.0 supports MYIR with TI AM437x Series ARM® Cortex A9 for Linux 5.3.1 with the corresponding Rt-Preempt patch.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, Master redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, Hardware timed send.
Xilinx Zynq®
Xilinx Zynq® ZedBoard with ARM® Cortex A9
for FreeRTOS
Master v2.4.48713.0 supports Xilinx Zynq® ZedBoard with Cortex A9 for FreeRTOS 10.0 (BSP created in Xilinx Vivado 2018) and with custom driver for ip core.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, Master redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, Hardware timed send.
for Linux Xenomai
Master v2.4.45417.0 supports Xilinx Zynq® ZedBoard with Cortex A9 for Linux Xenomai 3.0.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
Xilinx Zynq® Ultrascale+
Xilinx Zynq® UltraScale+ ZCU102 with ARM® Cortex A53 / Cortex R5
for FreeRTOS
Master v2.4.48714.0 supports Xilinx Zynq® UltraScale+ ZCU102 with ARM® Cortex-A53 / Cortex-R5 for FreeRTOS 10.0 (BSP created in Xilinx Vivado 2018).
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, Master redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, Hardware timed send.
for Linux Xenomai
Master v2.4.46803.0 supports Xilinx Zynq® UltraScale+ ZCU102 with ARM® Cortex-A53 / Cortex-R5 for Xenomai 3.0.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, Master redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, Hardware timed send.
NanoPi-NEO2
NanoPi-NEO2 with Allwinner H5, Quad-core 64-bit high-performance ARM® Cortex A53
for Linux Rt-Preempt
Master v1.6.54518.0 and v2.4.47806.0 supports NanoPi-NEO2 with Allwinner H5, Quad-core 64-bit high-performance ARM® Cortex A53 for Linux 6.3.1 with the corresponding Rt-Preempt patch.
Available extensions for v1.6.54518.0: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
Available extensions for v2.4.47806.0 : Online configuration, Cable redundancy, Master redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, Hardware timed send.
SALUTE-EL24OM1
SALUTE-EL24OM1 with two ARM® Cortex A9
for Linux Rt-Preempt
Master v2.4.47806.0 supports SALUTE-EL24OM1 (САЛЮТ-ЭЛ240М1) with two ARM® Cortex A9 for Linux 5.3.1 with the corresponding Rt-Preempt patch.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, Master redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, Hardware timed send.
Intel® x86/x64
Gold G5420, i3-6200U
for Windows
Master v1.6.53902.0 and v2.4.45405.0 supports Intel® Gold G5420 i3-6200U, i7200U for Windows v7 / 10.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
for Linux Rt-Preempt
Master v1.6.54518.0 and v2.4.15804.0 supports Intel® Genuine for Linux 6.4.0 with the corresponding Rt-Preempt patch.
Available extensions for v1.6.54518.0: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
Available extensions for v2.4.15804.0: Online configuration, Cable redundancy, Master redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, Hardware timed send.
for INtime
Master v1.6.54518.0 supports Atom board for INtime v4.01/6.3/6.4.
(memory controller , i210,i211,i218,i219==Lan, Realtek==LAN)
Available extensions: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, VCOM driver.
Intel® i7
for Linux Rt-Preempt
Master v2.4.47806.0 supports Intel® i7 for Linux v5.4/6.4/7.3 with the corresponding Rt-Preempt patch.
Available extensions: Online configuration, Cable redundancy, CAN DBC Driver, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
for RTX64
Master v1.6.54518.0 and v2.4.45405.0 supports Intel® i7 for RTX64 v 3.5-3.7 / 4.0.
Available extensions for v1.6.54518.0: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, VCOM driver.
Atom
for INtime
Master v1.6.54518.0 supports Atom board for INtime v4.01/6.3/6.4. (memory controller , i210,i211,i218,i219==Lan, Realtek==LAN)
Available extensions: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, VCOM driver.
Celeron®, Core-2 Duo, i5 4/6 generation, ARM v7/v8
for QNX
Master v1.6.54518.0 supports Intel® Celeron® 827E 1.4 GHz / Pentium D / Core 2 Duo CPU E7500 for QNX v6.5 / 6.6 / 7.0.
Master is running in the network stack i.e. in the kernel space.
Available extensions: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
Pentium 4
for VxWorks
Master v1.6.54901.0 supports Intel® Pentium 4 smp for VxWorks v6.9 -7.0.
Available extensions: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
AMD x86/x64
FX8320
For INtime
Master v1.6.54518.0 supports AMD FX(tm)-8320 8-core 3.41GHz for INtime v4.01/6.3/6.4.
Available extensions: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster, VCOM driver.
ARM®
ARM 7
for QNX
Master v1.6.54518.0 supports ARM v7 for QNX v6.5 / 6.6 / 7.0.
Master is running in the network stack in the other words – in the kernel space.
Available extensions: Cable redundancy, Data Logger, Frame Logger, PI Snapshot, Hot connect, Mailbox Gateway, Events handler, Multimaster.
