01
实时以太网运动控制概述
工业以太网发展史 · 运动控制实时性要求 · EtherCAT与Profinet对比 · FPGA角色
概述对比
02
FPGA基础与开发环境
LUT/FF/BRAM/DSP · Vivado/Vitis流程 · Verilog基础 · 时序约束入门
FPGAVivado
03
EtherCAT从站协议栈解析
数据帧结构 · ESC寄存器映射 · 状态机(Init/Pre-Op/Safe-Op/Op) · PDO映射
EtherCAT从站
04
硬件接口层设计
MII/RMII时序 · PHY配置(KSZ8081/DP83822) · 时钟域同步 · 复位逻辑
接口PHY
05
数据链路层实现
帧检测/CRC校验 · MAC地址过滤 · 中断管理 · Scatter-Gather DMA
链路层DMA
06
应用层协议解析
CoE对象字典 · SoE参数映射 · FoE固件升级
CoESoEFoE
07
分布式时钟(DC)同步
DC同步原理 · 时钟漂移补偿 · SYNC信号 · 抖动测量与优化
时钟同步DC
08
运动控制核心算法
梯形/S形加减速 · 电子齿轮/凸轮 · PID位置/速度环
算法PID
09
位置环FPGA实现
编码器接口(增量/绝对) · 位置计数器 · PID流水线 · 抗积分饱和
位置环编码器
10
速度环与电流环
速度估算(M/T法) · 电流采样时序 · Clark/Park变换 · SVPWM
速度环SVPWM
11
数字滤波器设计
低通FIR · 均值滤波 · 陷波滤波 · 系数生成与量化
滤波器FIR
12
安全功能实现
STO · SS1 · SBC · 安全状态机
安全STO
13
诊断与监控
错误计数器 · 看门狗 · 温度/电压监测 · 日志记录
诊断监控
14
多轴同步控制
主从同步 · 位置同步 · 时间同步 · 轴间插补
多轴同步
15
上位机通信接口
UDP/TCP精简栈 · Modbus TCP · Web配置界面
通信Modbus
16
固件升级与启动
Bootloader · Flash分区 · 校验(CRC/SHA) · 回滚机制
固件启动
17
性能优化
关键路径时序 · 资源复用 · 流水线深度 · 功耗管理
优化时序
18
测试与验证
仿真(ModelSim/Vivado) · HIL · EMC · 长期稳定性
测试验证
19
案例1：单轴伺服驱动器
系统架构 · 参数配置 · 调试步骤 · 常见问题
案例伺服
20
案例2：多轴机械臂控制
运动学解算 · 轨迹规划 · 同步控制 · 碰撞检测
机械臂轨迹
21
案例3：高速贴片机
飞拍技术 · 视觉同步 · 高速点位运动 · 振动抑制
贴片机视觉
22
案例4：CNC雕刻机
G代码解析 · 插补算法 · 刀具补偿 · IO控制
CNC插补
23
案例5：包装机电子凸轮
凸轮曲线 · 飞剪控制 · 张力控制 · 色标追踪
电子凸轮包装
24
RTOS集成
FreeRTOS在软核中的应用 · 任务优先级 · 中断与任务通信 · 实时性测试
RTOSFreeRTOS
25
安全通信
TLS/DTLS轻量实现 · 证书管理 · AES/RSA引擎 · 安全启动
安全TLS
26
工业4.0接口
OPC UA over TSN · MQTT桥接 · 云端上传 · 数字孪生接口
工业4.0OPC UA
27
高级调试技巧
ChipScope/ILA · 逻辑分析仪触发 · 性能计数器 · 波形比对
调试ILA
28
量产与维护
生产测试流程 · 序列号管理 · 远程维护 · 故障预测
量产维护
29
未来趋势
TSN · 单芯片多轴 · AI运动控制 · 开源生态
趋势TSN
30
综合项目实战
需求分析→原型验证 · 文档编写 · 代码评审 · 交付验收
实战项目