恩智浦i.MX RT1180跨界MCU助力下一代伺服控制系统

今天我们将聚焦一项正在重塑工业自动化边界的技术组合 —— 基于NXP的i.MX RT1180微控制器，实现EtherCAT通信与高性能伺服控制的融合方案。

随着智能制造和工业以太网的快速发展，传统控制器在实时性、集成度和安全性方面面临巨大挑战。而i.MX RT1180，作为一款跨界MCU，不仅集成了双核架构和TSN交换机，还原生支持EtherCAT从站协议，为我们构建高响应、高可靠性的伺服控制系统提供了理想平台。

在接下来的分享中，我们将深入探讨如何利用RT1180的硬件优势与软件生态，实现从运动控制到工业通信的无缝协同，助力设备制造商迈向更智能、更高效的工业控制新时代。

参考设计概览

EtherCAT控即以太网制自动化技术，是一种开放架构、基于以太网的现场总线系统，由德国Beckhoff公司研发。它突破传统以太网局限，数据帧经各节点时，节点能高速动态读写数据并插入新数据，带宽利用率超90%。EtherCAT几乎支持所有拓扑，周期时间短、同步精度高，从站处理器无需处理以太网封包，所有程序资料由从站控制器硬件处理，能满足工业自动化短数据更新时间、低通讯抖动和低成本硬件的要求，在机器控制、测量系统等领域广泛应用。目前i.MX RT1180基于内置的EtherCAT从站控制器已经实现了EtherCAT的EOE, COE, FOE等功能。

那么，本次想要向大家介绍的就是基于单颗i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服电机控制方案。该方案通过一台滑台丝杆的齿轮对接，对该方案的性能进行了展示。

参考方案框图如下，主站方面：我们选取了开源的SOEM作为主站，该方案能够适配市面上绝大部分带有EtherCAT功能的主站，其EtherCAT同步周期为250us。从站节点基于Cia402协议完成数据处理，该参考设计共有两个从站节点，每个节点控制两个电机，所有节点均运行在csp模式。另外，值得一提的是，单片i.MX RT1180最多可以支持四电机加现场总线方案，对于像灵巧手这类的应用场景，也是一个不错的选择哦!

方案优势

i.MX RT1180内置EtherCAT从站控制器，相比于常规的外置控制器，拥有更高的PDI传输速度；

该方案集成度更高，更有利于减小PCB尺寸；

相比传统的伺服方案，具有更高的性价比；

下面给出了具体从站节点的方案图，主要分为两个部分：

1. EtherCAT通讯总线部分，这部分负责收发来自主站的电机指令和反馈电机的实时状态，其实现由CM33核和片内EtherCAT从站控制器，以及外部phy芯片完成。Phy芯片通过RMII的接口方式与EtherCAT从站控制器相连，将RJ45接受到的模拟信号转为数字信号传给从站控制器，与CM33配合完成协议栈处理。

2.电机控制部分，该部分由CM7核完成，CM7核拥有更高的主频，更高的算力，因此将该核用于实时性要求更高的电机控制应用。

从站节点的整个工作流程：

1.ESC完成Master的发来的数据帧解析后，CM33核会读取ESC中解析完成的数据，进行基于Cia402的相关协议处理。

2.将处理完成的数据，通过双核通讯完成从CM33核将指令数据传输给CM7核。在OCRAM上开辟了128Byte（该内存大小由实际应用中需要传输的数据量决定）的共享内存用于双核之间的信息交互，该内存区域称为Share Memory。为了防止双核通讯过程中，出现共享内存访问冲突问题，需要利用MU来管理读写的时机。

3.接收到远端核发来的电机指令后，下发给电机执行相关指令，其中，是CM7核完成电机位置闭环控制。