強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750

MotionRT750是正運動技術(shù)首家自主自研的x86架構(gòu)Windows系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)下獨占確定CPU的強實時運動控制內(nèi)核。

該方案采用獨占確定CPU內(nèi)核技術(shù)實現(xiàn)超強性能的強實時運動控制。它將核心的運動控制、機器人算法、數(shù)控（CNC）及機器視覺等強實時的任務，集中運行在1-2個專用CPU核上。與此同時，其余CPU核則專注于處理Windows/Linux相關(guān)的非實時任務。

此外集成MotionRT750 Runtime實時層與操作系統(tǒng)非實時層，并利用高速共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互，顯著提升了運動控制與上層應用間的通信效率及函數(shù)執(zhí)行速度，最終實現(xiàn)更穩(wěn)定、更高效的智能裝備控制，確保了運動控制任務的絕對實時性與系統(tǒng)穩(wěn)定性，特別適用于半導體、電子裝備等高速高精的應用場合。

MotionRT750應用優(yōu)勢：

1.跨平臺兼容性：支持Windows/Linux系統(tǒng)，適配不同等級CPU。

2.開發(fā)靈活性：提供多語言編程接口，便于二次開發(fā)與功能定制。

3.實時性提升：通過CPU內(nèi)核獨占機制與高效LOCAL接口，實現(xiàn)2-3us指令交互周期，較傳統(tǒng)PCI/PCIe方案提速近20倍。

4.擴展能力強化：多卡多EtherCAT通道架構(gòu)支持254軸運動控制及500usEtherCAT周期。

5.系統(tǒng)穩(wěn)定性：32軸125usEtherCAT冗余架構(gòu)消除單點故障風險，保障連續(xù)生產(chǎn)。

6.安全可靠性：不懼Windows系統(tǒng)崩潰影響，藍屏時仍可維持急停與安全停機功能有效，確保產(chǎn)線安全運行。

7.功能擴展性：實時內(nèi)核支持C語言程序開發(fā)，方便功能拓展與實時代碼提升效率。

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超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE6032H

XPCIE6032H運動控制卡集成6路獨立EtherCAT主站接口。整卡最高可支持254軸運動控制；125usEtherCAT通訊周期時，兩個端口配置冗余最高可支持32軸運動控制。6個EtherCAT主站各通道獨立工作，多EtherCAT主站互不影響。

XPCIE6032H視頻介紹請點擊→“全球首創(chuàng)！PCIe 6路高性能EtherCAT運動控制卡XPCIE6032H”查看。

XPCIE6032H運動控制卡面向半導體設(shè)備、精密3C電子、生物醫(yī)療儀器、新能源裝備、人形機器人及激光加工等高速高精場景，為固晶機、貼片機、分選機、鋰電切疊一體機、高速異形插件設(shè)備等自動化裝備提供核心運動控制支持。

XPCIE6032H硬件特性：

1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機性能與實時性足夠)。

2.板卡集成6路獨立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運動控制。

3.搭載運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。

4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升了10-100倍以上。

5.板載16路高速輸入，16路高速輸出。

6.板載4路高速鎖存、4路硬件位置比較輸出、4路通用PWM輸出。

更多關(guān)于XPCIE6032H的詳情介紹與使用請點擊→“全球首創(chuàng)！PCIe超實時6通道EtherCAT運動控制卡上市！”查看。

超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE2032H

XPCIE2032H集成2路獨立EtherCAT接口。整卡最高可支持至254軸運動控制；125usEtherCAT通訊周期時，單接口最高可支持32軸運動控制。2個EtherCAT主站各通道獨立工作，多EtherCAT主站互不影響。

雙EtherCAT主站端口可任意設(shè)置為以下通道，且兩個端口也設(shè)置為不同類型通道:

● 高速通道 - EtherCAT通訊周期125us

● 常規(guī)通道 - EtherCAT通訊周期250us-8ms

XPCIE2032H視頻介紹請點擊→“高速高精運動控制！PCIe超實時2通道EtherCAT運動控制卡上市！”查看。

XPCIE2032H硬件特性：

1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機性能與實時性足夠)。

2.板卡集成2路獨立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運動控制。

3.搭載運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。

4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升了10-100倍以上。

5.板載8路高速輸入，16路高速輸出。

6.板載4路高速鎖存，4路通用PWM輸出。

更多關(guān)于XPCIE2032H的詳情介紹與使用請點擊→“高速高精運動控制！PCIe超實時2通道EtherCAT運動控制卡上市！”查看。

超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE1032H

XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT總線運動控制卡，可選6-64軸運動控制，支持多路高速數(shù)字輸入輸出，可輕松實現(xiàn)多軸同步控制和高速數(shù)據(jù)傳輸。

XPCIE1032H視頻介紹可點擊→“高性能PCIe EtherCAT運動控制卡 | XPCIE1032H”查看。

XPCIE1032H運動控制卡集成了強大的運動控制功能，結(jié)合MotionRT7運動控制實時軟核，解決了高速高精應用中，PC Windows開發(fā)的非實時痛點，指令交互速度比傳統(tǒng)的PCI/PCIe快10倍。

XPCIE1032H硬件特性：

1.6-64軸EtherCAT總線+脈沖可選，其中4路單端500KHz脈沖輸出。

2.16軸EtherCAT同步周期500us，支持多卡聯(lián)動。

3.板載16點通用輸入，16點通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出。

4.通過EtherCAT總線，可擴展到512個隔離輸入或輸出口。

5.支持PWM輸出、精準輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等。

6.支持直線插補、圓弧插補、連續(xù)軌跡加工（速度前瞻）。

7.支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸、螺距補償?shù)裙δ堋?/p>

8.支持30+機械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP...

更多關(guān)于XPCIE1032H詳情點擊→“不止10倍提速！PCIe EtherCAT實時運動控制卡XPCIE1032H 等您評測！”查看。

01 C++進行MotionRT750項目的創(chuàng)建與開發(fā)

1.打開Visual Studio 2022軟件選擇創(chuàng)建新項目。

2.選擇開發(fā)語言為“C++”和“MFC應用”。

3.選擇項目名稱、文件目錄位置及框架。

4.選擇類型為“基于對話框”，下一步或者完成。

5.將廠商提供的C++的庫文件和相關(guān)頭文件復制到新建的項目里面。

6.在項目中添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件。

靜態(tài)庫：zauxdll.lib, zmotion.lib

相關(guān)頭文件：zauxdll2.h, zmotion.h

1）先右擊頭文件，接著依次選擇:“添加”→“現(xiàn)有項”。

2）在彈出的窗口中依次添加靜態(tài)庫和相關(guān)頭文件。

3）聲明用到的頭文件和定義控制器連接句柄。

02 相關(guān)PC函數(shù)介紹

1.PC函數(shù)手冊可在光盤資料查看，具體路徑如下。

2.PC函數(shù)介紹。

03 相關(guān)測試代碼介紹

1.MotionRT750通過LOCAL連接按鈕的事件處理函數(shù)，調(diào)用函數(shù)ZAux_FastOpen()，選擇連接類型5去連接控制卡（LOCAL連接方式）。

voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedButton3()
{
// 連接類型,
  CString s;
  cb1.GetWindowText(s);
 if(!ZAux_FastOpen((ZMC_CONNECTION_TYPE)5, &s.GetBuffer()[0],1000, &handle))
  {
   MessageBox("MotionRT750鏈接成功！");
  }
 else
  {
   MessageBox("MotionRT750鏈接失??！");
  }
}

2.MotionRT750和ZMC432-V2型號控制器通過網(wǎng)口連接按鈕的事件處理函數(shù)，調(diào)用函數(shù)ZAux_OpenEth()去連接控制器（網(wǎng)口連接方式）。

voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedButton1()
{
  CString s;
  ed1.GetWindowText(s);
  std::string ip = s.GetBuffer();
 if(!ZAux_OpenEth(&ip[0],&handle))
  {
   MessageBox("鏈接成功！");
  }
 else
  {
   MessageBox("鏈接失??！");
  }
}

3.PCIE464型號控制卡通過PCI連接按鈕的事件處理函數(shù)，調(diào)用函數(shù)ZAux_FastOpen()，選擇連接類型4去連接控制卡（PCI連接方式）。

voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedpciconct()
{
 //TODO:在此添加控件通知處理程序代碼
  CString t;
  cb3.GetWindowText(t);
 if(!ZAux_FastOpen((ZMC_CONNECTION_TYPE)4, &t.GetBuffer()[0],1000, &handle))
  {
   MessageBox("鏈接成功！");
  }
 else
  {
   MessageBox("鏈接失??！");
  }
}

4.通過單條指令交互周期的測試按鈕的事件處理函數(shù)來計算單條指令的交互平均耗時和總耗時。

voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedButton5()
{
   CString s;
  std::string S;
 floatdpos =0;
  cb2.GetWindowText(s);
  S = s.GetBuffer();
 inti;
  LARGE_INTEGER fre, StartCount, StopCount;
 QueryPerformanceFrequency(&fre);
 //開始計數(shù)
  QueryPerformanceCounter(&StartCount);
  for(i=1; i <= std::stoi(S); i++)
 ?? ?{
?? ? ? ??ZAux_Direct_GetDpos(handle,?0, &dpos);
?? ? }
?? ??//停止計數(shù)
 ??? QueryPerformanceCounter(&StopCount);
?? ??double? elapsed = (double)(StopCount.QuadPart - StartCount.QuadPart);
 ?? ?double? exeTime, exeTime1;
?? ? exeTime = elapsed *?1000?/ fre.QuadPart; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??//ms 總耗時
 ?? ?exeTime1 = elapsed *?1000?/ fre.QuadPart/ (std::stoi(S)) *?1000; ??//us 單條指令耗時
 ?? ?//時間顯示
 ? ??ed2.SetWindowText(std::to_string(exeTime1).data());			  //us
 ??? ed3.SetWindowText(std::to_string((double)exeTime).data()); ? ? ? ?//ms
 ?? ?ed6.SetWindowText(std::to_string(dpos).data());
}

5.通過多條指令交互周期的測試按鈕的事件處理函數(shù)來計算多條指令的交互平均耗時和總耗時。

voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedButton6()
{
  CString s;
  std::string S;
 floatdata[12] = {0};
 charget[255];
  cb2.GetWindowText(s);
  S = s.GetBuffer();
  std::string cmd ="?dpos(0),dpos(1),dpos(2),dpos(3),axisstatus(0),axisstatus(1),axisstatus(2),axisstatus(3),in(0),in(1),in(2),in(3)";
  LARGE_INTEGER fre, StartCount, StopCount;
 QueryPerformanceFrequency(&fre);
 //開始計數(shù)
  QueryPerformanceCounter(&StartCount);
 for(inti =1; i <= std::stoi(S); i++)
?? ? {
?? ? ? ??ZAux_DirectCommand(handle, &cmd[0], get,?255);
?? ? }
?? ??//停止計數(shù)
 ??? QueryPerformanceCounter(&StopCount);
?? ??double? elapsed = (double)(StopCount.QuadPart - StartCount.QuadPart);
 ? ??double? exeTime, exeTime1;
 ?? ?exeTime = elapsed *?1000?/ fre.QuadPart; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??//ms 總耗時
 ? ??exeTime1 = elapsed *?1000?/ fre.QuadPart / (std::stoi(S)) *?1000; ?//us 單條指令耗時 ?? ??//時間顯示
 ??? ed4.SetWindowText(std::to_string(exeTime1).data()); ? ? ? ? ? ? ??//單條指令耗時
 ?? ?ed5.SetWindowText(std::to_string((double)exeTime).data());		 ?//總耗時
 ?? ?ZAux_TransStringtoFloat(&get[0],?12, data);
?? ? ed7.SetWindowText(std::to_string(data[0]).data());
?? ? ed8.SetWindowText(std::to_string(data[1]).data());
?? ? ed9.SetWindowText(std::to_string(data[2]).data());
?? ? ed10.SetWindowText(std::to_string(data[3]).data());
?? ? ed11.SetWindowText(std::to_string((int)data[4]).data());
?? ? ed12.SetWindowText(std::to_string((int)data[5]).data());
?? ? ed13.SetWindowText(std::to_string((int)data[6]).data());
?? ? ed14.SetWindowText(std::to_string((int)data[7]).data());
?? ? ed15.SetWindowText(std::to_string((int)data[8]).data());
?? ? ed16.SetWindowText(std::to_string((int)data[9]).data());
?? ? ed17.SetWindowText(std::to_string((int)data[10]).data());
?? ? ed18.SetWindowText(std::to_string((int)data[11]).data());
}

6.網(wǎng)口連接周期上報的方式獲取輸入口狀態(tài)的總耗時測試函數(shù)如下。

voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedButton9()
{
 //TODO:在此添加控件通知處理程序代碼 0
  int32 singleValue =0;
  int32 InState[1000];
 //打開使能周期上報
 ZAux_CycleUpEnable(handle,0,1000,"IN(0,1000)");
  //強制上報一次，0 為通道號
 ZAux_CycleUpForceOnce(handle,0);
  LARGE_INTEGER fre, start, stopCount;
  QueryPerformanceFrequency(&fre);
  //開始計數(shù)
  QueryPerformanceCounter(&start);
 for(inti =0; i 

	

	7.單條指令讀取1個輸入口狀態(tài)的總耗時測試函數(shù)如下。

	
voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedButton10()
{
 //TODO:在此添加控件通知處理程序代碼
  uint32 singleValue =0;
  uint32 InState[1000];
  LARGE_INTEGER fre, StartCount, StopCount;
 QueryPerformanceFrequency(&fre);
 //開始計數(shù)
  QueryPerformanceCounter(&StartCount);
 for(inti =0; i 

	

	8.單條指令讀取多個輸入口狀態(tài)的總耗時測試函數(shù)如下。

	
voidCcRunSpdDlg::OnBnClickedButton11()
{
 //TODO:在此添加控件通知處理程序代碼
  int32 singleValue[1000];
  LARGE_INTEGER fre, StartCount, StopCount;
 QueryPerformanceFrequency(&fre);
 //開始計數(shù)
  QueryPerformanceCounter(&StartCount);
 ZAux_Direct_GetInMulti(handle,0,999, singleValue);
     //停止計數(shù)
  QueryPerformanceCounter(&StopCount);
 double elapsed = (double)(StopCount.QuadPart - StartCount.QuadPart);
 double exeTime;
  exeTime = elapsed *1000/ fre.QuadPart;             //ms 總耗時
  //顯示
  ed21.SetWindowText(std::to_string(exeTime).data());	 //ms
}

	

	

	

	

	

	04 運行效果

	1.MotionRT750通過LOCAL連接方式的單條指令和多條指令交互時間測試結(jié)果如下圖所示。

	

	MotionRT750 LOCAL連接方式示意圖

	MotionRT750 LOCAL連接方式測試(1k次)

	MotionRT750 LOCAL連接方式測試(1w次)

	MotionRT750 LOCAL連接方式測試(10w次)

	2.MotionRT750通過網(wǎng)口連接方式的單條指令和多條指令交互時間測試結(jié)果如下圖所示。

	

	MotionRT750 網(wǎng)口連接方式示意圖

	

	

	MotionRT750 網(wǎng)口連接方式測試(1k次)

	MotionRT750 網(wǎng)口連接方式測試(1w次)

	MotionRT750 網(wǎng)口連接方式測試(10w次)

	3.ZMC432-V2控制器通過網(wǎng)口連接方式的單條指令和多條指令交互時間測試結(jié)果如下圖所示。

	ZMC432-V2 網(wǎng)口連接方式示意圖

	ZMC432-V2 網(wǎng)口連接方式測試(1k次)

	ZMC432-V2 網(wǎng)口連接方式測試(1w次)

	ZMC432-V2 網(wǎng)口連接方式測試(10w次)

	4.PCIE464控制卡通過PCI連接方式的單條指令和多條指令交互時間測試結(jié)果如下圖所示。

	PCIE464 PCI連接方式示意圖

	PCIE464 PCI連接方式測試(1k次)

	PCIE464 PCI連接方式測試(1w次)

	PCIE464 PCI連接方式測試(10w次)

	接下來是對IO狀態(tài)獲取的耗時測試，通過不同的IO狀態(tài)獲取模式（周期上報，單指令獲取1個或多個輸入口狀態(tài)），對比各連接方式下的總耗時，旨在為實際應用場景提供性能參考，提升數(shù)據(jù)獲取效率，確保系統(tǒng)能更高效穩(wěn)定運行。

	（1）MotionRT750通過LOCAL連接方式時使用單條指令獲取1個輸入口狀態(tài)和單條指令獲取多個輸入口狀態(tài)，兩種方式獲取1000個輸入口狀態(tài)的總耗時如下。

	

	

	（2）MotionRT750通過網(wǎng)口連接方式使用周期上報功能獲取輸入口狀態(tài)、使用單條指令獲取1個輸入口狀態(tài)和使用單條指令獲取多個輸入口狀態(tài)，三種方式獲取1000個輸入口狀態(tài)的總耗時如下。

	

	

	（3）ZMC432-V2控制器通過網(wǎng)口連接方式使用周期上報功能獲取輸入口狀態(tài)、使用單條指令獲取1個輸入口狀態(tài)和使用單條指令獲取多個輸入口狀態(tài)，三種方式獲取1000個輸入口狀態(tài)的總耗時如下。

	

	

	（4）PCIE464控制卡通過PCI連接方式使用單條指令獲取1個輸入口狀態(tài)和單條指令獲取多個輸入口狀態(tài)，兩種方式獲取1000個輸入口狀態(tài)的總耗時如下。

	

	

	

	05 分析與結(jié)論

	1.對于MotionRT750的LOCAL方式連接、網(wǎng)口方式連接以及PCI方式和控制器網(wǎng)口方式連接時的單條或多條指令交互時間測試，從上面的運行效果圖的數(shù)據(jù)顯示來看，可以看出：

	當進行1k、1w次和10w次的單指令交互或多條指令交互的時候，MotionRT750的LOCAL連接方式進行單條指令交互所需要的時間（平均2.1us左右）和一次性讀取12個狀態(tài)的多條指令交互所需要的時間（平均3.8us左右），都是要比PCI連接和控制器網(wǎng)口連接的方式更快（PCI單條平均42us左右、多條平均105us左右；網(wǎng)口單條平均127us、多條平均177us左右）。

	

	2.對于讀取輸入口狀態(tài)指令測試，從運行效果圖的顯示結(jié)果來看：

	無論是MotionRT750還是控制器，在網(wǎng)口連接下周期上報功能效率最高，避免輪詢引發(fā)的多包數(shù)據(jù)傳輸耗時問題，提升帶寬利用率，總耗時大約僅需0.44ms；

	而單指令批量讀取多個輸入口狀態(tài)因減少通信次數(shù)，耗時時間對比讀取單個輸入口降低約96%；

	LOCAL和PCI連接時，雖不支持周期上報功能，但單指令對比下，批量讀取多個輸入口狀態(tài)的效率顯著高于讀取單個輸入口。

	綜合來看，在實際應用中，選擇哪種數(shù)據(jù)獲取策略取決于具體的應用場景、數(shù)據(jù)特性和性能要求。

	例如，如果程序需要快速響應單個事件，單條獲取可能更為合適。如果目標是最大化數(shù)據(jù)處理速度，多條獲取可能更有益。而對于需要定期維護數(shù)據(jù)新鮮度的應用，周期性獲取是必要的。

	3.C++例程講解可點擊→“強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(六)：us級高速交互之C++，為智能裝備提速”查看。

	

	

	完整代碼獲取地址

	▼

	

	本次，正運動技術(shù)強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(六)：us級高速交互之C++，為智能裝備提速，就分享到這里。

	本文由正運動技術(shù)原創(chuàng)，歡迎大家轉(zhuǎn)載，共同學習，一起提高中國智能制造水平。文章版權(quán)歸正運動技術(shù)所有，如有轉(zhuǎn)載請注明文章來源。

	

	審核編輯 黃宇