強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750

MotionRT750是正運動技術首家自主自研的x86架構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)2-3μs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通道架構支持254軸運動控制及500μsEtherCAT周期。

5.系統(tǒng)穩(wěn)定性：32軸125μsEtherCAT冗余架構消除單點故障風險，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。

更多關于MotionRT750的詳情介紹與使用點擊→強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(一)：驅(qū)動安裝、內(nèi)核配置與使用。

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。

此外，對于EtherCAT接口數(shù)量需求不高的客戶，我們也有衍生型號XPCIE2032H可選。同系列產(chǎn)品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。

XPCIE6032H運動控制卡面向半導體設備、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。

更多關于XPCIE6032H的詳情介紹與使用點擊→全球首創(chuàng)！PCIe超實時6通道EtherCAT運動控制卡上市！。

PCIe EtherCAT實時運動控制卡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運動控制卡集成了強大的運動控制功能，結合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。

PCI Express實時運動控制卡XPCIE1028

PCI Express®總線運動控制卡XPCIE1028，具備位置鎖存、多維高速硬件位置比較輸出PSO、同步跟隨、精準觸發(fā)的運動控制和I/O控制功能。配合正運動技術MotionRT7實時內(nèi)核使用，可高度滿足高速視覺篩選機應用所需的運動控制需求。

XPCIE1028運動控制卡是正運動技術專為高速視覺篩選設備設計的一款PCI Express®總線運動控制卡，內(nèi)置豐富的I/O、通訊接口，可以輕松地實現(xiàn)與視覺篩選機通信，非常匹配使用于1-12個相機+多個高速吹氣口的全自動CCD光學篩選機等設備上使用。

高速視覺篩選設備示意圖

XPCIE1028自帶8路高速輸入和多達16路高速硬件位置比較輸出，能夠輕松實現(xiàn)視覺飛拍和高速、精準觸發(fā)控制等視覺篩選機所需的多種實時性運動控制，以及高穩(wěn)定性。脈沖輸出+編碼器反饋，可實現(xiàn)轉盤的旋轉，并實時記錄編碼器的實時反饋位置，幫您更加精準地控制設備。

XPCIE1028在光學篩選機上硬件方案1

（8相機+8排料）

XPCIE1028在光學篩選機上硬件方案2

（12相機+4排料）

XPCIE1028硬件特性：

1.支持電子凸輪、直線插補等運動控制功能。

2.板載28+2點通用輸入，32+2點通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出。

3.板載4路脈沖輸出，其中一路專用脈沖軸接口（差分脈沖輸出+編碼器反饋）。

4.支持8路高速鎖存輸入口，可記錄轉盤來料位置。

5.多達16路精準輸出、硬件位置比較輸出，機器視覺飛拍檢測和篩選吹氣高速輸出，可根據(jù)需求分配。
 

更多關于高速視覺篩選機方案詳情點擊“高速視覺篩選機PCI Express實時運動控制卡XPCIE1028”查看。

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

本案例開發(fā)環(huán)境Visual Studio 2022。

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Windows窗體應用(.NET Framework)。

3.選擇項目名稱、文件目錄位置及框架。

4.將廠商提供的C#的庫文件復制到新建的項目中。

（1）將Zmcaux.cs文件復制到新建的項目里面。

（2）將zauxdll.dll和zmotion.dll文件放入bin\debug文件夾中。

5.打開新建的項目文件，在右邊的解決方案資源管理器中點擊顯示所有，然后鼠標右鍵點擊Zmcaux.cs文件，點擊包括在項目中。

6.進入Form1.cs代碼編輯界面，寫入using cszmcaux，并聲明控制器句柄g_handle。

7.至此項目新建完成，可以進行C#項目開發(fā)。

02 相關PC函數(shù)介紹

注：使用網(wǎng)口方式連接MotionRT750時，要將MotionRT750的Config配置Eth num值設置為一個大于0的數(shù)(0-12)，輸入的ip地址為本機ip地址，可以在RTSys連接中直接查看。

03 相關測試代碼介紹

本次指令交互速度測試使用三種型號的控制器對比測試，以下測試為正運動實驗室測試數(shù)據(jù)，與配置的電腦與程序代碼等有關系，以下測試數(shù)據(jù)僅供客戶參考�？蛻艟唧w項目以客戶實際測試環(huán)境為準。

以下正運動實驗室測試為：XPCIE1032H（需搭配MotionRT750使用）、PCIE464、ZMC432-V2，MotionRT750可以通過LOCAL和網(wǎng)口方式連接，故本次MotionRT750測試使用LOCAL和網(wǎng)口兩種方式進行測試。

1.XPCIE1032H型號控制卡使用MotionRT750的LOCAL、網(wǎng)口連接方式測試。

2.ZMC432-V2型號控制器使用網(wǎng)口連接方式測試。

3.PCIE464型號控制卡使用PCI的連接方式測試。

①MotionRT750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）。

private void localConct(object sender, EventArgs e)
{
    //LOCAL方式連接
    int ret = zmcaux.ZAux_FastOpen(5, comboBox2.Text, 1000, out handle);
    if (ret == 0)
    {
        label5.Text = "已鏈接" + comboBox2.Text;
        label5.BackColor = Color.Green;
    }
    else
    {
        MessageBox.Show("鏈接失敗，請選擇正確的LOCAL！");
    }
}

②MotionRT750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）。

private void IPConct(object sender, EventArgs e)
{
    //網(wǎng)口方式連接
    int ret = zmcaux.ZAux_OpenEth(textBox1.Text, out handle);
    if (ret == 0)
    {
        label2.Text = "已鏈接" + textBox1.Text;
        label2.BackColor = Color.Green;
    }
    else
    {
        MessageBox.Show("鏈接失敗，請輸入正確的ip！");
    }
}

③PCIE464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）。

private void pciConct(object sender, EventArgs e)
{
    //PCI方式連接
    int ret = zmcaux.ZAux_FastOpen(4, comboBox4.Text, 1000, out handle);
    if (ret == 0)
    {
        label13.Text = "已鏈接" + comboBox4.Text;
        label13.BackColor = Color.Green;
    }
    else
    {
        MessageBox.Show("鏈接失敗，請選擇正確的LOCAL！");
    }
}

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。

private void run(object sender, EventArgs e)
{
    //run函數(shù)用于測試單條指令交互周期與總耗時
    float dpos = 0;
    int testNum = Convert.ToInt32(comboBox3.Text.ToString());
    //beforeDT記錄交互指令前的時刻
    DateTime beforeDT = System.DateTime.Now;
    for (int i = 0; i < testNum; i++)
    {
        //進行n次單指令交互
        zmcaux.ZAux_Direct_GetDpos(handle, 0, ref dpos);
    }
    //afterDT記錄交互指令后的時刻
    DateTime afterDT = System.DateTime.Now;
    //計算beforeDT與afterDT的時間差
    TimeSpan ts = afterDT - beforeDT;
    //總耗時 ms
    label11.Text = ts.TotalMilliseconds.ToString();
    //平均耗時 us
    label8.Text = (ts.TotalMilliseconds * 1000 / testNum).ToString();
    label14.Text = dpos.ToString();
}

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。

private void runMuch(object sender, EventArgs e)
{
    //runMuch函數(shù)用于測試多條指令交互周期與總耗時
    int testNum = Convert.ToInt32(comboBox3.Text.ToString());
    string cmd;
    int star = 0;
    StringBuilder cmdBuff = new StringBuilder(2048);
    string[] tmp = new string[12];
    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)";
    //beforeDT記錄交互指令前的時刻
    DateTime beforeDT = System.DateTime.Now;
    for (int i = 0; i < testNum; i++)
    {
        zmcaux.ZAux_DirectCommand(handle, cmd, cmdBuff, 2048);
    }
    //afterDT記錄交互指令前的時刻
    DateTime afterDT = System.DateTime.Now;
    //計算beforeDT與afterDT的時間差
    TimeSpan ts = afterDT - beforeDT;
    //總耗時 ms
    label23.Text = ts.TotalMilliseconds.ToString();
    //平均耗時 us
    label16.Text = (ts.TotalMilliseconds * 1000 / testNum).ToString();
    string s = cmdBuff.ToString();
    string[] arrS = new string[20];
    for (int i = 0; i < s.Length; i++)
    {
        if (s[i] != 9)
        {
            arrS[star] += s[i];
        }
        else
        {
            star++;
            continue;
        }
    }
}

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。

private void CycIoTest(object sender, EventArgs e)
{
    int[] InState = new int[1000];
    Int32 singleValue = 0;
    //打開使能周期上報
    zmcaux.ZAux_CycleUpEnable(handle,0,1000,"IN(0,1000)");
    //強制上報一次，0 為通道號
    zmcaux.ZAux_CycleUpForceOnce(handle, 0);
    //beforeDT記錄交互指令前的時刻
    DateTime beforeDT = System.DateTime.Now;
    for (uint i = 0; i < 1000; i++)
    {
        //從周期上報內(nèi)容里面讀取輸入口狀態(tài)
        zmcaux.ZAux_CycleUpReadBuffInt(handle, 0, "IN", i, ref singleValue);
        InState[i] = singleValue;
    }
    //afterDT記錄交互指令后的時刻
    DateTime afterDT = System.DateTime.Now;
    //計算beforeDT與afterDT的時間差
    TimeSpan ts = afterDT - beforeDT;
    //總耗時 ms
    label57.Text = ts.TotalMilliseconds.ToString();
    //關閉使能周期上報
    zmcaux.ZAux_CycleUpDisable(handle, 0);
}

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。

private void oneIo(object sender, EventArgs e)
{
    UInt32 singleValue = 0;
    uint[] InState = new uint[1000];
    //beforeDT記錄交互指令前的時刻
    DateTime beforeDT = System.DateTime.Now;
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {
        //單條指令讀取單個輸入口狀態(tài)
        zmcaux.ZAux_Direct_GetIn(handle, i, ref singleValue);
        InState[i] = singleValue;
    }
    //afterDT記錄交互指令后的時刻
    DateTime afterDT = System.DateTime.Now;
    //計算beforeDT與afterDT的時間差
    TimeSpan ts = afterDT - beforeDT;
    //總耗時 ms
    label48.Text = ts.TotalMilliseconds.ToString();
}

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。

private void muchIo(object sender, EventArgs e)
{
    int[] InState = new int[32];
    //beforeDT記錄交互指令前的時刻
    DateTime beforeDT = System.DateTime.Now;
    //單條指令讀取多個輸入口狀態(tài)，輸入口狀態(tài)按位進行存儲，一個INT型數(shù)組可以存儲32個輸入口狀態(tài)，可讀取32個及以上
    zmcaux.ZAux_Direct_GetInMulti(handle, 0, 999, InState);
    //afterDT記錄交互指令前的時刻
    DateTime afterDT = System.DateTime.Now;
    //計算beforeDT與afterDT的時間差
    TimeSpan ts = afterDT - beforeDT;
    //總耗時 ms
    label19.Text = ts.TotalMilliseconds.ToString();
}

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果如下圖所示。

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果如下圖所示。

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果如下圖所示。

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果如下圖所示。

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)

5.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。

（2）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。

（3）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。

（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2.2us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3.9us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38us左右、多條平均115us左右；網(wǎng)口單條平均169us、多條平均208us左右）。

而MotionRT750的網(wǎng)口連接方式的指令交互時間也是快于控制器網(wǎng)口連接方式的。

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0.33ms；

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。

總結

綜上所述，我們可以從測試結果看出，MotionRT750的LOCAL連接方式展現(xiàn)卓越的實時性能，指令交互的效率也非常的穩(wěn)定。

當測試次數(shù)從1k增加到1w、10w次時，指令交互時間波動不大，在延遲、穩(wěn)定性上全面優(yōu)于PCI和控制器網(wǎng)口的連接，更加適合高精度、高實時性、高穩(wěn)定性的工業(yè)運動控制場景應用。

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本次，正運動技術強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(三)：us級高速交互之C#，為智能裝備提速，就分享到這里。

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正運動技術專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術企業(yè)。正運動技術匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運動控制基礎技術的研究，是國內(nèi)工控領域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運動控制核心技術和實時工控軟件平臺技術的企業(yè)。主要業(yè)務有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。