EtherCAT主站IgH解析(二)-- 如何将Igh移植到Linux/Windows/RTOS等多操作系统

作者：黑客灵魂 | 2024-08-16 03:18:31

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igh移植

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本文简单介绍如何将 igh 移植到 zephyr、freertos、rtems、rtthread等RTOS ，甚至 windows 上。
##前言

目前，EtherCAT商用主站有：Acontis、TwinCAT3、KPA、Codesys等，开源EtherCAT主站则主要有两大方案：igh与SOEM，两者设计天差地别，SOEM开源于2008年底1.1.2版本，具备良好的可移植性，能够轻松适配各类操作系统乃至裸机环境，然而，在功能丰富度与实时性能表现上（除裸机外）远不如IgH，应用层面想要应对复杂的EtherCAT应用场景会非常困难，SOEM的协议栈运作依托于应用层接口的驱动，其内部并无独立任务（线程）。

相比之下，IgH诞生较早，IgH功能全面，同时注重实时性能，为了在linux上获得良好的实时性能和低CPU利用率，同时方便多主站使用时进程间隔离等原因，IgH设计之初就基于linux内核态，今天看来可移植性较差；

igh的高实时性能得益于linux内核态可直接操作网卡收发，功能全面得益于其内部采用的多任务状态机架构，这些任务驱动机制通过系统调用向用户空间的EtherCAT应用提供服务，极大简化了应用层面的接口交互，使得EtherCAT应用操作接口变得极为简单。

那么IgH能移植到linux用户态，或者其他RTOS吗？答案是当然能，本文做简单介绍。

IgH整体框架及运行原理本详见博客文章【原创】EtherCAT主站IgH解析(一)–主站初始化、状态机与EtherCAT报文。

那么IgH能移植到裸机吗？理论上可以，但比较麻烦，但是IgH整体设计就是多任务的，关键点是没有任务调度，几个状态机如何驱动？不考虑权衡投入产出、可复用性，你可以自行尝试。

IgH依赖操作系统服务

IgH虽然运行在linux内核态，但并不与Linux内核的耦合，整个协议栈只用到了linux的基本服务。

操作系统服务	描述
任务（线程）调度	每个主站，内部状态机运行需要2个任务，EoE 1个(可选)、应用层周期任务
睡眠（定时服务）	任务睡眠，让出CPU；应用层通信周期控制，如果RTOS没有高精度定时接口，可启一个硬件timer回调更加精确。
读取时间戳	EtherCAT子报文对象维护需要收发时间戳
动态内存分配	master、slave、datagram、eoe、eeprom等对象需要动态内存分配
event（非必须）	应用调用主站服务时阻塞到事件等待，主站完成服务后通过事件唤醒应用
Semaphore/mutex	同步互斥
TCP/IP网络协议栈	主站已支持二层网络包转发，若设备本身需要TCP/IP网络远程调试工具需要TCP支持；可选实现主站EOE

关于RTOS 的高精度定时器详见博客文章不同RTOS中POSIX接口的实现差异 ,相关章节。

其他适配

其他一些数据结构以及网络接口相关：

网卡驱动，主要实现轮询式无中断方式的二层网络包收发接口，原Linux ethernet设备的抽象及skb的替代实现；
EtherCAT主站初始化流程调整；
链表、打印输出；
Linux相关特性删减修改：GNU C、unlikely、likely、prefetch，编译器特性等。

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