EtherCAT協(xié)議介紹

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EtherCAT介紹

EtherCAT，作為一個可用于現(xiàn)場級的超高速IO網(wǎng)絡，由德國Beckhoff公司開發(fā)。EtherCAT使用標準的以太網(wǎng)物理層和常規(guī)的以太網(wǎng)卡，作為基于EtherNet的可實現(xiàn)實時控制的開放式網(wǎng)絡，EtherCAT系統(tǒng)可擴展只65535個從站規(guī)模。

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EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)的主要特點

完全符合以太網(wǎng)標準：對于普通以太網(wǎng)相關的技術都可以應用在EtherCAT網(wǎng)絡中，如傳統(tǒng)的以太網(wǎng)卡、交換機和路由器等。

支持多種拓撲結(jié)構(gòu)，如傳統(tǒng)的環(huán)形、星型、樹形等。

高效率、刷新周期短：EtherCAT可達到小于100us的網(wǎng)絡刷新周期，有效數(shù)據(jù)率可達90%。

同步性能好：EtherCAT的分布式時鐘（DC時鐘）可使得各個從站節(jié)點間的同步精度能夠遠小于１us。

擁有多種應用層協(xié)議接口，支持多種工業(yè)設備行規(guī)。

COE：CANopen over EtherCAT（EtherCAT協(xié)議在應用層支持CANopen協(xié)議，因此支持CANopen協(xié)議的從站可以被運用在EtherCAT協(xié)議上）

SOE：SERCOE over EtherCAT（SERCOS是世界首個應用于伺服控制的協(xié)議。EtherCAT協(xié)議在應用層接口上兼容了這個協(xié)議，簡稱為SOE。SERCOS應用層協(xié)議為主站設計了信息接口，可以通過配置EtherCAT過程數(shù)據(jù)報文，實現(xiàn)周期性傳遞伺服驅(qū)動器的數(shù)據(jù)。）

EOE：Ethernet over EtherCAT（該協(xié)議支持EtherCAT能分段傳遞標準的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報文，使得EtherCAT協(xié)議同樣能支持TCP/IP、UDP/IP協(xié)議。）

FOE：File over EtherCAT（該協(xié)議可以使用EtherCAT總線上傳、下載固件，刷新從站的固件）

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EtherCTA的運行原理

相比較傳統(tǒng)以太網(wǎng)解決方案，EtherCAT無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，再將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復制到各個設備。EtherCAT從站設備只在報文經(jīng)過其節(jié)點時讀取相應的編碼數(shù)據(jù)，同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報文經(jīng)過時插入至報文中，對于整個過程來說，報文也僅有幾納秒的時間延遲。

EtherCAT主站發(fā)送一個報文，報文經(jīng)過所有節(jié)點，EtherCAT從站設備高速動態(tài)地（on the fly）讀取尋址到該節(jié)點的數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)幀繼續(xù)傳輸?shù)耐瑫r插入數(shù)據(jù)，這樣，數(shù)據(jù)幀的傳輸只取決于硬件傳輸延時，當某一網(wǎng)段或分支上的最后一個節(jié)點檢測到開放端口（無下一個從站）時，利用以太網(wǎng)技術的全雙工特性，將報文返回給主站。

由于發(fā)送和接收的以太網(wǎng)幀壓縮了大量的設備數(shù)據(jù)，所以有效數(shù)據(jù)可達90%以上，尤其對于百兆全雙工物理網(wǎng)卡設備來說，它的實時性能更是能得到極大的釋放。

EtherCAT采用主從結(jié)構(gòu)進行訪問控制，通信關系始終由主站發(fā)起。主站使用標準的以太網(wǎng)接口，從站使用專門的ETherCAT從站控制器ESC(Ethercat Slave Controller)芯片來處理子報文。

整個EtherCAT網(wǎng)絡形成一個環(huán)狀，主站向各個從站發(fā)送EtherCAT以太網(wǎng)幀，該幀的數(shù)據(jù)區(qū)包含了多個ETherCAT子報文。這些子報文包含地址信息，用于定位每個從站，主站通過這些子報文與每個從站進行交互。每個從站ESC可以從數(shù)據(jù)幀中提取或插入數(shù)據(jù)。