# motion_ethercat_sim

**Repository Path**: caixiaoliang/motion_ethercat_sim

## Basic Information

- **Project Name**: motion_ethercat_sim
- **Description**: 运动控制->ethercat->仿真软件（模拟真实电机动作）
- **Primary Language**: C
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-03-03
- **Last Updated**: 2026-03-07

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# RK3588 + IGH EtherCAT + PyBullet 仿真平台搭建指南

本工程实现了一个高度解耦的机器人开发环境：在 PC 端使用 **PyBullet** 进行物理仿真，并通过 **PySOEM** 模拟虚拟 EtherCAT 从站；在 **RK3588** 控制端运行真实的 **IGH EtherCAT 主站** 代码。两者通过网线直连，实现 1ms 级别的实时控制。

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## 一、 软件环境安装

在 PC 端（建议 Ubuntu 20.04+）运行以下命令安装必要依赖：

### 1. Python 依赖库
```bash
# 安装物理仿真引擎
pip install pybullet

# 安装 EtherCAT 协议库
pip install pysoem

# 升级 NumPy（确保 C-API 兼容性）
pip install --upgrade numpy
```

### 2. 编译环境
确保系统中已安装 `gcc` 和 `make`：
```bash
sudo apt update
sudo apt install build-essential
```

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## 二、 仿真平台搭建引导

### 1. 网络硬件配置 (PC ↔ RK3588)
这是实现 EtherCAT 二层通信的关键步骤：
- **物理连接**：使用普通网线将 RK3588 的专用 EtherCAT 网口与 PC 的网口直连（无需交换机/路由器）。
- **PC 网卡配置**：清空 PC 网卡的 IP 地址并禁用 IPv6，确保其仅作为二层透传网口。
  ```bash
  # 假设 PC 网卡名为 ens33 (请根据 ifconfig 结果修改)
  sudo ifconfig ens33 0.0.0.0 up
  sudo sysctl -w net.ipv6.conf.ens33.disable_ipv6=1
  ```

### 2. PC 端：启动虚拟从站仿真
在 PC 端终端运行主仿真程序：
```bash
cd motion_ethercat_sim
# python3 biped_12dof_main.py
sudo -E $(which python3) biped_12dof_main.py 
```
*启动后，你将看到 PyBullet 的 3D 仿真窗口，并提示等待 RK3588 连接。*

### 3. RK3588 端：启动实机主站控制
在 RK3588 端编译并运行提供的 C 控制代码：
```bash
# 编译（链接 IGH EtherCAT 库）
gcc biped_ethercat_mit_imu.c -o biped_control -lethercat -lm -lpthread -lrt

# 运行（必须使用 sudo 权限）
sudo ./biped_control
```

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## 三、 核心配置说明

- **从站地址映射**：
  - 地址 1~12：12 台钛虎 MIT 虚拟电机
  - 地址 13：虚拟 IMU 传感器
- **PDO 协议 (MIT 指令)**：
  - **Rx (Master->Slave)**: 20字节 (`q_ref`, `dq_ref`, `kp`, `kd`, `tau_ff`)
  - **Tx (Slave->Master)**: 12字节 (`q_real`, `dq_real`, `tau_real`)
- **ESI 文件**：位于 `esi/tihu_mit.esi`，已针对 MIT 协议进行了 PDO 映射优化。

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## 四、 常见问题排查

| 问题 | 解决方案 |
| :--- | :--- |
| **IGH 扫描不到从站** | 检查网线是否直连；确认 PC 网卡已执行 `0.0.0.0` 配置且已启动 `biped_12dof_main.py` |
| **仿真运行缓慢/卡顿** | 确保 PC 的 CPU 性能足够，且 `biped_12dof_main.py` 中的 `CONTROL_FREQ` 为 1000Hz |
| **Python 报错 NumPy 冲突** | 运行 `pip install --upgrade numpy` 升级到最新版本 |

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## 五、 关键技术修复说明 (RK3588 扫描成功要点)

在开发过程中，为了让 RK3588 的 IGH Master 能够成功识别并扫描到 13 个仿真从站（12电机 + 1 IMU），我们克服了以下核心底层协议挑战：

### 1. MAC 地址改写与二层透传
- **问题**：仿真端发送回包时，如果目标 MAC 错误或源 MAC 未正确绑定到物理网卡，IGH 主站驱动会丢弃该包。
- **修复**：在 [biped_12dof_main.py](file:///home/cmit/LinuxProject/motion_ethercat_sim/biped_12dof_main.py) 中，使用 `fcntl.ioctl` 获取物理网卡的真实 MAC 地址。在构造 EtherCAT 响应帧时，强制将 **Destination MAC** 设置为主站 MAC，将 **Source MAC** 设置为仿真网卡的真实物理地址，确保二层协议栈的合法性。

### 2. EtherCAT 数据报头部 (Datagram Header) 修正
- **问题**：标准 EtherCAT 数据报头部为 **10 字节**（包含 2 字节的 Interrupt 字段），早期代码误认为 8 字节，导致数据偏移量全部错位。
- **修复**：更新了数据报解析逻辑，使用 `struct.unpack("<BB I H H", ...)` 正确跳过 10 字节头部，从而准确读写寄存器数据。

### 3. WKC (Working Counter) 累加逻辑修复
- **问题**：主站通过广播读取（BRD）扫描从站数量。如果仿真端仅返回 WKC=1，主站会认为链路上只有一个设备。
- **修复**：在处理 **BRD (Broadcast Read)** 命令（如读取 0x0130 AL Status）时，逻辑上遍历所有 13 个虚拟从站，并根据命令类型（Read/Write/RW）累加 WKC。确保主站收到 **WKC=13** 的响应，从而正确识别全部 13 个从站。

### 4. AL Status 寄存器 (0x0130) 仿真
- **问题**：主站需要看到从站处于 `Init` 状态 (0x01) 才会继续后续扫描。
- **修复**：实现了 2 字节的 AL Status 响应。不仅返回状态位（0x01），还处理了 2 字节的 AL Status Code (0x0134)，确保主站握手流程顺畅。

### 5. 以太网帧长对齐 (60 字节填充)
- **问题**：以太网最小有效帧长为 60 字节。短小的 EtherCAT 数据包如果直接发出，会被 RK3588 的网卡驱动判定为非法帧而丢弃（表现为极高的 `Lost frames`）。
- **修复**：在发送响应前，强制使用 `\x00` 将帧长填充至 60 字节，彻底解决了丢包问题。

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**Happy Coding!** 🤖