86EVA，基於 EtherCAT 的虛擬 Arduino

第 1 章 - 引言

86EVA （EVA，基於 EtherCAT 的虛擬 Arduino）是一款圖形化 EtherCAT 配置工具，它利用了 86Duino IDE 中的 ECAT 庫。
86Duino 開發套件之一是 QEC 主站，其功能包括:

1. 自動產生 Arduino 語言（透過基於 EtherCAT 的虛擬 Arduino）
2. 自動掃描網路設備
3. EtherCAT 主站/主站設定：
   • 設定主對象名稱
   • 設定週期時間
   • 設定冗餘選項
   • 選用 ENI 文件
4. EtherCAT 從站/輔助設定：
   • 設定從站物件名稱
   • 設定從站別名
   • 可設定從站 I/O 映射
   • 顯示輔助設備訊息
   • 查看內部資訊包括：
     • 電壓（伏特）
     • 電流（安培）
     • 溫度（℃）

86Duino IDE ECAT Library 是一個 Arduino 開發環境，具有實時作業系統 (RTOS) 庫，可與專用 EtherCAT 主設備進行通訊。
它是專用的EtherCAT主站通訊層解決方案，可以與EtherCAT從站設備進行即時通訊。 86Duino IDE 提供了豐富的 Arduino 應用開發設定檔和介面（API）用於程式設計操作。

第 2 章 – 流程

86EVA 為使用者提供低程式碼接口，透過簡單的按鍵和視覺化演示來開發 EtherCAT 網路匯流排組。

開啟86EVA → 選擇連接的COM口 → 尋找掃描EtherCAT網路的裝置 → EtherCAT裝置的個人化設定 → 產生Arduino風格的程式碼 → 上傳程式碼

第2.1章：打開86EVA

方法一：點選右上角的快捷按鈕（以紅色突出顯示）。

方法2：點選「Tools」選單中的86EVA (EtherCAT) Configurator 按鈕（以紅色反白）。

第 2.2 章：選擇連接的 COM 連接埠

開啟86EVA後，預設自動選擇所連接的QEC主站的串口。 在此範例中，COM 連接埠為 COM13。

如果您連接了多個QEC主站，則需要按一下「選擇」旁的下拉式功能表（以紅色反白），然後選擇目前QEC主站使用的COM連接埠。

如果您是第一次使用COM口，不確定QEC主站COM口的位置，請參考此連結了解如何設定的說明。

第2.3章：掃描EtherCAT網路上的設備

選擇正確的 COM 連接埠位置後，請按一下「連線」按鈕（以紅色反白顯示）。

點選「連線」按鈕後，將出現掃描畫面。

掃描過程完成後，您將看到一台 QEC 主站以及目前連接到 EtherCAT 網路的所有 EtherCAT 從站裝置。

注意：在 86EVA 中，掃描過程將自動識別 DMP QEC 系列的 EtherCAT 從站裝置並顯示其影像和相關設定。 如果連接第三方EtherCAT從站設備，會出現未知的EtherCAT從站模組資訊。 詳細內容請參閱第 3.2 章。

第 2.4 章：EtherCAT 設備的個人化設置

使用者可以點選EtherCAT設備的產品圖片進入該設備的設定頁面。

EtherCAT 主站

點擊QEC master的圖片後，您可以透過該頁面進行個人化設定。 例如，您可以設定物件名稱、選擇 EtherCAT 週期時間、選擇冗餘選項和選擇 ENI 檔案功能。

如下圖所示，使用 QEC-M-01。

詳細內容請參閱第 3.1 章。

EtherCAT 從站

在EtherCAT從站設備的設定中，可以找到所連接的QEC EtherCAT從站設備的資訊如：供應商ID（Vendor ID）、產品識別號碼（Product Code）、內部電壓、電流、溫度等。也可以設定：物件名稱、別名位址和I/O 映射。

QEC EtherCAT 從站

QEC系列的EtherCAT從站設備都會有完整的產品圖片，使用者可以點選QEC EtherCAT從站設備圖片進入QEC從站。

QEC 從站模組的設定頁。

進入設定頁面後，使用者首先會看到 EtherCAT 從站設備的信息，如供應商 ID、產品代碼、可設定物件名稱、別名位址（別名位址詳細資料請參閱附錄 1）。

然後是來自從站設備的即時訊息，例如電壓、電流、溫度等（這有助於追蹤碳足跡）。

最後是可設定的虛擬Arduino引腳映射（虛擬Arduino概念介紹見附錄2）。

有關 QEC 從機設定的詳細信息，請參閱第 3.2.1 章。

非 QEC EtherCAT 從站

當86EVA掃描並偵測到非QEC EtherCAT從站設備時，會顯示未知的設備影像，並標有「不支援」標籤。

點擊未知 EtherCAT 從站裝置的影像後，您可以存取有關該特定裝置的資訊。

詳細內容請參閱第 3.2.2 章。

第 2.5 章：產生 Arduino 程式碼

配置完所有設定後，按一下「程式碼產生」按鈕（以紅色突出顯示）。

點擊後，將出現結果和完成螢幕，按一下「確定」退出程式； 如果您不按一下“確定”，您將在 10 秒後離開該程式。

完成後，86EVA會自動產生設定檔和Arduino程式碼，並在86Duino IDE.cpp中產生兩個程式檔案Myeva和Myeva.h（以紅色突出顯示），以便用戶存取並添加到自己的程式中。

第2.6章：上傳程式碼

請注意，產生的設定檔和使用者程式將使用「上傳」按鈕一起燒錄到 QEC 主站中。 必須按下“上傳”按鈕才能完成配置過程； 否則，86EVA 中所做的配置設定將被視為無效。

上傳之前，請先驗證「Board」和「Port」設定是否正確（以紅色反白）。

點擊“上傳”按鈕（以紅色突出顯示）上傳程式碼。

上傳完成。

上傳完成後，使用者可以重新開啟86EVA來掃描從設備，檢查設備是否按照先前的配置設定運作。

更詳細的EtherCAT圖形化開發流程

86Duino IDE為開發者提供了完整的低程式碼開發平台，讓使用者可以透過86EVA配置EtherCAT網路參數。

內建HMI編輯器（86HMI）是一款HMI開發軟體，結合積木式程式設計工具ArduBlock，讓使用者可以透過少量程式設計快速開發EtherCAT系統。

進一步的配置請參考其他工具的使用手冊。

第 3 章 – EtherCAT 設備配置

在設定過程中，會提到 EtherCAT 設備的個人化。 我們可以將EtherCAT設備分為：QEC主站和EtherCAT從站。

第 3.1 章：QEC 主設置

86Duino IDE 開發環境專為 QEC Master 系列設計，包括 QEC-M-01、QEC-M-043T、QEC-M-070T、QEC-M-090T 和 QEC-M-150T。 在86EVA中連接並完成掃描過程後，使用者可以以圖形形式查看EtherCAT Master的資訊（以紅色突出顯示）以及產品圖像。

• QEC-M-01：

• QEC-M-043T：

常規設定：

您可以設定 EtherCAT 主站的物件名稱、套用 BIOS 設定、啟用 EtherCAT 電纜冗餘選項、設定 EtherCAT 循環時間，並根據需要選擇 ENI 檔案。

物件名稱

設定 EtherCAT 主站的物件名稱（以紅色突出顯示）。 配置完成後，當翻譯 Arduino 程式碼時，此設定將套用於程式碼中的物件名稱。

應用 BIOS 設定

選擇是否優先考慮 EtherCAT 主站 BIOS 中的預先配置設定（以紅色突出顯示）。

注意：選擇此選項將優先考慮 QEC Master 的 BIOS 中的預先配置設定。

啟用冗餘

選擇是否為 EtherCAT 主站啟用冗餘（以紅色突出顯示）。

設定 EtherCAT 主站週期時間

設定 EtherCAT 主站週期時間（以紅色突出顯示），週期時間選項為 125us、250us、500us、1ms、2ms 和 4ms。

如果使用此功能選單設定EtherCAT主站的週期時間，請勿選擇Apply BIOS Settings，否則將使用BIOS預設。

選擇 ENI 文件

使用者可以使用此功能選擇現有的 ENI 檔案（以紅色突出顯示）。 上傳程式碼時，所選的ENI檔案將自動上傳並套用到程式中。

虛擬Arduino：

您可以為虛擬 Arduino 配置最大數位引腳數 (Max Digital Pins)、連接埠數 (Max Serial Ports) 和 MPG 數 (Max MPG)。

注意：所有未列出的值均預設為 4。

最大數位引腳

在下拉式選單中設定最大數字引腳數，選項包括 32、64、128 和 256 個虛擬引腳（以紅色突出顯示）。

最大串口數

在下拉式選單中設定最大序列埠數，選項有 4、8、16、32 個虛擬連接埠（以紅色突出顯示）。

最多 MPG 端口

在下拉式選單中設定 MPG 連接埠的最大數量，選項有 4、8、16、32 個虛擬 MPG（以紅色突出顯示）。

第 3.2 章：EtherCAT 從站資訊與設置

在 EtherCAT 從站設備上方（以紅色突出顯示），指示了產品名稱以及連接的 EtherCAT 從站設備的順序。

在 EtherCAT 從站設備（以紅色突出顯示）下方，有別名位址和產品類型（如果是非 QEC 從站，將顯示供應商識別碼）。

第 3.2.1 章：QEC EtherCAT 從站

點擊左下角「查看」按鈕（紅色突出顯示），可查看即時監控數據，包括電壓、電流、溫度（黃色突出顯示）。

再次點選「檢視」可切換回「別名位址」概述。

QEC-RXXD系列（EtherCAT從站數位I/O模組）

QEC-RXXD 系列是 EtherCAT 從站數位 I/O 模組，具有 16 個數位通道，可配置為數位輸入或輸出。

點選進入QEC從設備後，會顯示產品名稱。

以下功能說明將以 QEC-R00DC4D-N 為例。

常規設定

您可以設定 QEC 從設備的物件名稱和別名位址，以及取得 QEC 從設備的供應商 ID 和產品代碼。

• 物件名稱：
  設定 QEC 從裝置的物件名稱（以紅色反白）。 設定完成後，在實作 Arduino 程式碼時，此配置將套用於程式碼的物件名稱。

• 別名位址：
  別名位址儲存在 EEPROM 中，可以透過從站裝置應用程式進行變更（配置站別名位址）。
  設定 QEC 從站的別名位址（以紅色反白）。

設定別名位址後，程式將自動透過此編號識別 QEC 從機。 當使用者的QEC從設備因係統需求在EtherCAT網路中發生變化時，程式會自動適應，無需設定新的配置； 如果不設定別名位址，程式將不會自動適應新配置。 預設從站別名位址為 0，請設定 1 ~ 65535 之間的數字。
註：適應新配置是指切換從站位置（從站設備總數不增加或減少）。 如果新增或刪除設備，則需要重新配置程式。
86EVA 掃描從機裝置成功後，會自動讀取從機先前設定的別名位址並顯示在該欄位中。 如果數值輸入過程被取消或中斷，則該欄位將返回先前的值。
按下Set按鈕會將別名位址寫入EtherCAT從站的EEPROM中； 關閉86EVA後，請記得重新啟動EtherCAT設備。

• 供應商 ID：
  QEC 從設備的供應商 ID（以紅色突出顯示）。

• 產品代碼：
  QEC 從裝置產品識別號碼（以紅色反白）。

設備狀態

在設備狀態中，您將能夠查看即時內部監控數據，包括電壓、電流和溫度（以紅色突出顯示）。

虛擬Arduino

在虛擬Arduino中，您可以設定數位輸入/輸出引腳的數量。
以QEC-R00DC4D-N為例，有12個數位輸入接腳和4個數位輸出接腳。
使用者選擇虛擬引腳編號，最大數量不應超過 QEC 主設定頁面中的最大數字引腳數。

• 數位輸入引腳映射（以紅色突出顯示）

• 數位輸出引腳映射（以紅色突出顯示）

• Digital Input DQ11 pin and Digital Output DQ00 pin settings.

有關虛擬Arduino的詳細信息，請參閱附錄2。

QEC-RXXHU系列（EtherCAT從站閘道控制器（UART + MPG + 鍵盤+LCM））

QEC-RXXHU系列是EtherCAT從站模組，最多可支援2組UART（RS232/RS485）、1組手輪、1個鍵盤和1個LCM顯示器。 QEC-RXXHU產品功能齊全：

• QEC-R00HU5S-N (RS232 + MPG + Keypad + LCM)
• QEC-R00HU9S-N (RS232/485 + MPG + Keypad + LCM)

點選進入QEC從設備後，會呈現產品名稱。 以下功能說明將以 QEC-R00HU9S-N 為例。

常規設定

一般設定功能與QEC-RXXD系列相同。 請參閱QEC-RXXD系列的常規設定。

設備狀態

設備狀態區域與QEC-RXXD系列相同。 請參閱QEC-RXXD系列的設備狀態。

虛擬Arduino

在虛擬 Arduino 中，您可以設定序列埠、MPG 連接埠、LCM 映射、鍵盤映射和蜂鳴器引腳的編號。
以QEC-R00HU9S-N為例，您可以設定2個串列埠，其餘（MPG連接埠、LCM映射、鍵盤映射和蜂鳴器接腳）僅限於1組。
使用者可以選擇虛擬引腳數量，最大數量不會超過QEC Master設定頁面中設定的最大數量（Max Serial Ports和Max MPG Ports）。

• 序列埠映射（以紅色突出顯示），未選擇：

做出選擇後：

• MPG 連接埠對映（以紅色突出顯示），未選擇：

做出選擇後：

• LCM 映射（以紅色突出顯示）和鍵盤映射（以黃色突出顯示），未選擇：

做出選擇後：

• 蜂鳴器映射（以紅色突出顯示），未選擇：

做出選擇後：

有關虛擬Arduino的詳細信息，請參閱附錄2。

第 3.2.2 章：非 QEC EtherCAT 從站

86EVA 中的其他第三方 EtherCAT 從站設備呈現未知的 QEC 從站產品影像。

轉到設定頁面，您將看到“不支援”（以紅色突出顯示）。

常規設定

一般設定功能與QEC-RXXD系列相同。 請參閱QEC-RXXD系列的常規設定。

第 4 章 – 進階設定

在86EVA中，除了常規設定外，還可以在此工具中配置一些進階設定。 本節將介紹如何調整進階設定。

自動設定所有從裝置的別名位址

點擊左下角的「自動」設定按鈕 （以紅色突出顯示）。

將出現「自動設定所有從裝置的別名位址」和「自動設定虛擬 Arduino 的數位引腳對映」按鈕。 使用者可以點擊上方按鈕（以紅色反白）自動設定目前 EtherCAT 網路上的別名位址。

點選「自動設定所有從站裝置的別名位址」按鈕後，如果某個EtherCAT 裝置之前沒有設定過別名位址（別名位址為0），則會為每個EtherCAT 從站裝置設定1 群組從100 開始的別名位址依排序順序，可用於EtherCAT從站設備較多或需要快速設定時。

自動設定虛擬 Arduino 的數位引腳映射

點擊左下角的“自動”設定按鈕（以紅色突出顯示）。
注意：虛擬Arduino數位接腳僅適用於QEC-RXXD系列產品。

將出現「自動設定所有從裝置的別名位址」和「自動設定虛擬 Arduino 的數位引腳對映」按鈕。 使用者可以點擊下面的按鈕（以紅色突出顯示）自動設定目前 EtherCAT 網路上的虛擬引腳映射。

如果在先前沒有設定虛擬引腳的 QEC-RXXD 裝置上使用，則按一下「虛擬 Arduino 的自動設定數位引腳對映」按鈕後，將會設定一組從 0 開始的虛擬接腳。

附錄

附錄 1：別名位址

別名位址是EtherCAT中設定裝置別名的一種方法，通常用於尋找已被識別的從站裝置。

設定從站別名位址時，儲存在ESI-EEPROM中（ESI，EtherCAT Slave Information）； 別名位址必須由主站激活，並且可以由 EtherCAT 從站設備更改。

如果節點位址與別名位址匹配，則執行對應節點的指令。

QEC 上如何運作？

設定別名位址後，程式會自動辨識該編號的QEC從站，當使用者的QEC從站因需求改變在EtherCAT網路上的位置時，程式會自動適應，無需再次上傳新的設定; 如果不設定別名位址，程式不會自動適應新群組。

86EVA掃描成功後，會自動讀取從機之前設定的Alias Address。 下圖顯示了尚未設定別名位址的從裝置（以紅色突出顯示）。

下圖顯示了設定了別名位址的從設備。 預設從站別名位址為 0。請設定 1 ~ 65535 之間的數字。

別名位址顯示在從設備的【常規】中的【別名位址】欄位中； 此欄位在輸入數值的過程中被取消，修改先前的數值後會傳回。

按下Set按鈕會將別名位址寫入EtherCAT從站的EEPROM中； 關閉86EVA後，請記得重新啟動EtherCAT設備。

注意：設備重新啟動後將採用新的別名位址。

附錄2：虛擬Arduino

在一般的Arduino板上，其腳位的數量、順序和功能都是固定的，製造後不能改變； 虛擬Arduino的概念是將EtherCAT網路模擬為虛擬Arduino，允許根據使用者的意願調整其引腳數量、順序和功能。

虛擬Arduino由多個EtherCAT從站的各種引腳組成，其上的各個連接埠和引腳來自不同的EtherCAT從站設備，並透過EtherCAT網路相互連接。

虛擬 Arduino 支援的功能

目前，虛擬 Arduino 支援數位 I/O、序列埠、MPG 連接埠、鍵盤、MPG 和蜂鳴器，這些可以在以下 QEC 設備中找到：

• QEC-RXXD 系列（EtherCAT 從站數位 I/O 模組）：數位 I/O
• QEC-RXXHU 系列（EtherCAT 從站閘道控制器（UART + MPG + 鍵盤 +LCM））：串列埠、MPG 連接埠、鍵盤、MPG 和蜂鳴器

詳細設定請參考各產品介紹。

如何在86Duino IDE中使用虛擬Arduino？

本節介紹如何在 86Duino IDE 中使用配置成功的 Virtual Arduino Digital I/O PIN。

本範例將使用 QEC-M-043T（EtherCAT 主站）和 QEC-R00D88D-C（EtherCAT 數位輸入/輸出模組）進行示範，該模組具有 8 個輸入觸點和 8 個輸出觸點。

有關如何開啟 86EVA 工具的信息，請參閱第 2 章。

首先，點擊進入QEC-R00D88D-C設備並在虛擬Arduino中進行設定。 （有關資訊和設置，請參閱 QEC-RXXD 系列（EtherCAT 從站數位 I/O 模組）。

本例中，數位輸入引腳映射的 DI00 和數位輸出引腳映射的 DQ00 設定為虛擬引腳 D0 和引腳 D1。

設定完成後，產生此 86EVA 設定的 Arduino 程式碼，然後按一下「Code Generation」（以紅色突出顯示）

完成後，使用者可以使用86Duino IDE的主 loop()中的EVA類別（以紅色突出顯示）來控制86EVA中設定的引腳。

在本例中，我們使用 Virtual Digital D0 和 D1 這兩個虛擬引腳，分別對應 QEC-R00D88D-C 的 DI0 引腳（INPUT）和 DQ0 引腳（OUTPUT）。 然後我們讀取D0的狀態，然後將D1設定為高電平，程式碼如下圖所示。

程式碼上傳成功後，可以看到QEC-R00D88D-C上DQ0腳的燈亮起來。

註：loop()中，EVA.digitalRead(0)代表先前設定的數位輸入引腳映射的虛擬引腳0； EVA.digitalWrite(1, HIGH) 表示先前設定的數位輸出引腳映射的虛擬引腳 1。

其他例子：

使用者可以透過串列埠列印出Digital Input讀取到的值，程式碼如下。

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    EVA.begin();
}
void loop {
    Serial.println(EVA.digitalRead(0));
    EVA.digitalWrite(1, HIGH);
}

使用者可以將Digital Output應用到Arduino經典入門範例中，程式碼如下。

void setup() {
    EVA.begin();
}
void loop {
    EVA.digitalWrite(0, HIGH);
    delay(1000);
    EVA.digitalWrite(0, LOW);
    delay(1000);
}

86Duino 參考的文本是根據 Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License，部分文本是從 the Arduino reference 修改的。 參考中的代碼示例已發佈到公共領域。