第一部分 EtherCAT 协议系统整体组成
EtherCAT协议介绍
EtherCAT原理: 以太网 “on the Fly”
EtherCAT原理: 以太网 “on the Fly”
• 插入和提取过程数据的过程是持续的 • 每个从站过程数据的大小几乎没有限制
EtherCAT
目录
• EtherCAT 简介
• 从站结构
• • Device Model
• • Physical Layer
• • Data Link Layer
• – Frame Structure
• 数据链路层连接物理层和应用层 • 数据链路层管理底层的通讯基础结构
– 连接控制
– 连接收发器 (PHY)
– 寻址 – 从站管理器配置
– EEPROM 通路
– 同步管理器的配置和管理
– FMMU 配置和管理
– 过程数据接口配置
– 分布式时钟
– 建立 AL 状态机交互
EtherCAT 物理层
• 电缆：100BaseTX or 100BaseFx • 设备内部：E-Bus (LVDS)
端口管理
• – Slave Information Interface (EEPROM)
• • Device Profiles
• • Device Description
• • Tools (Configuration Tool, Monitor, )
• • EtherCAT Master
• • Standard & References
– EtherCAT 可以通过以太网进行信息传递
– 使用标准的 sockets
EtherCAT通信协议与机器人控制系统
EtherCAT通信协议与机器人控制系统机器人控制系统是指用于控制机器人进行工作的设备，主要包括控制器、传感器、执行器等组成的系统。
随着工业自动化的发展，机器人控制系统已经成为了生产制造过程中不可或缺的组成部分。
而机器人控制系统的核心是控制器，控制器通过通信协议来与其他组件进行数据传输和交互。
其中，EtherCAT通信协议是最被广泛应用的一种。
一、EtherCAT通信协议概述EtherCAT是一种应用于实时工业自动化的高性能、低成本、实时性强的通信协议。
EtherCAT采用了主站、从站架构，主站负责发送数据和控制指令，从站进行数据采集和处理。
EtherCAT的主要优势在于具有高网络带宽和实时性能，同一网络中可以支持多达64个从站，数据传输延迟仅为1微秒，满足工业自动化控制的高实时要求。
二、机器人控制系统中EtherCAT的应用机器人控制系统中最关键的应用就是对机器人进行精确的控制和运动控制。
传统的机器人控制系统通常采用采集传感器数据，通过控制算法实现机器人的运动控制，而通常情况下，机器人的运动控制需要借助高速数据传输来进行实时控制和调节。
在这种情况下，EtherCAT 作为一种高效的实时通信协议被广泛应用于机器人控制系统中。
三、EtherCAT在机器人控制系统中的优势1.实时性：机器人控制系统是非常要求实时性的应用场景，对于需要迅速响应的机器人应用，EtherCAT的实时性和高带宽可以满足机器人的高速数据传输需求，保证了机器人控制系统的可靠性和稳定性。
2.高速传输：EtherCAT的数据传输速率达到了1Gbps的水平，甚至可以达到10Gbps以上。
这对于机器人控制系统来说是非常重要的，因为机器人控制系统通常需要较高的传输速率来实现精确的运动控制。
3.灵活性：机器人控制系统中的从站数量通常是非常多的，EtherCAT的机制允许其支持多达64个从站，而且可以支持多种不同类型和不同厂家的从站。
4.易于实现：EtherCAT协议的实现是比较简单的，它的通信数据格式也非常简洁明了，这使得机器人控制系统的开发变得更加容易和灵活。
ethercat电路原理
ethercat电路原理EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一种基于以太网的工业以太网技术，用于实现实时性要求高的工业控制应用。
它的电路原理涉及到以太网物理层、数据链路层和应用层的设计。
在EtherCAT 电路中，主要包括以下几个部分：1. 物理层：EtherCAT 采用了标准的以太网物理层，支持100BASE-TX 和1000BASE-T 以太网标准。
物理层负责将数据在以太网链路上进行传输。
2. 数据链路层：EtherCAT 在数据链路层使用了一种特殊的协议，称为EtherCAT 协议。
该协议采用了主从结构，主站负责发送数据帧，从站负责接收和处理数据。
EtherCAT 协议通过以太网数据帧的扩展字段来传输实时数据和控制信息。
3. 应用层：EtherCAT 应用层包括设备描述文件（Device Description File，DDF）和过程数据对象（Process Data Object，PDO）。
DDF 用于描述从站设备的特性和功能，PDO 用于传输实时的过程数据。
EtherCAT 电路的工作原理是：主站发送数据帧到从站，从站接收数据并根据DDF 进行解析和处理。
如果数据帧中包含PDO 数据，从站将实时数据传输给主站。
主站可以通过轮询或事件触发的方式与从站进行通信。
EtherCAT 的实时性是通过使用特殊的数据链路层协议和硬件实现的。
它采用了时间同步机制，保证了数据传输的确定性和实时性。
需要注意的是，以上是EtherCAT 电路的基本原理，实际的EtherCAT 系统还涉及到更多的细节和功能，如网络拓扑、从站配置、错误处理等。
如果你需要更深入了解EtherCAT 电路原理，建议参考相关的技术文档和资料。
ethercat协议解析
ethercat协议解析EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种用于实时工业自动化领域的通信协议。
它是基于以太网技术的开放式标准，旨在提供快速和可靠的实时通信能力。
本文将对EtherCAT协议进行解析，介绍其原理、特点和应用领域。
1. EtherCAT协议的原理EtherCAT协议采用了主从结构，由一个主站（Master）和多个从站（Slave）组成。
主站负责控制和协调从站的通信过程，从站用于连接传感器、执行器等设备，并通过 EtherCAT 总线与主站进行实时通信。
在EtherCAT总线上，主站通过发送广播消息的方式将数据传输给从站。
从站收到消息后，在消息的尾部加入自己的数据，并在不删除原始消息的情况下将消息继续传递给下一个从站，形成了一个环形结构。
这种消息传递方式被称为“分布式时钟同步广播”。
2. EtherCAT协议的特点2.1 高实时性：EtherCAT协议采用了快速数据传输方式，具有极低的通信延迟和高带宽。
这使得它在实时性要求严格的工业控制系统中得到广泛应用。
2.2 灵活性：EtherCAT总线支持多种拓扑结构，包括线性、树形和环形结构，适应不同工业环境的需求。
此外，EtherCAT还支持多种物理层接口，如光纤和电缆，以适应不同的通信环境。
2.3 简化布线：EtherCAT总线采用简单的硬件拓扑结构和标准以太网线缆，降低了系统的布线难度和成本。
2.4 容错性：EtherCAT协议具有自动冲突检测和冲突解决功能，可在网络拓扑发生变化时自动适应，并保持网络正常运行。
2.5 开放性：EtherCAT是一个开放的通信协议，其通信规范公开可得。
这使得各厂商可以根据自己的需求和应用开发符合EtherCAT标准的设备和系统。
3. EtherCAT协议的应用领域EtherCAT协议在各种工业自动化领域得到了广泛应用，包括机器人控制、自动化生产线、测试和测量系统等。
ethercat方面的书
ethercat方面的书EtherCAT是一种实时以太网通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
本文将介绍一本关于EtherCAT的书籍，着重讨论EtherCAT的原理、应用和优势。
标题：《深入理解EtherCAT：实时以太网通信协议》第一部分：引言在工业自动化领域，实时通信是至关重要的。
以太网作为一种广泛应用的通信协议，其实时性一直是一个挑战。
然而，EtherCAT作为一种高性能的实时以太网通信协议，成功地解决了这个问题。
本书将深入探讨EtherCAT的原理、应用和优势，帮助读者更好地理解和应用这一协议。
第二部分：EtherCAT的原理2.1 EtherCAT的基本原理EtherCAT采用了主从结构，其中一个主站控制多个从站。
主站通过以太网发送数据帧到从站，从站收到数据后进行处理，并返回响应。
这种分布式的通信结构使得EtherCAT具有高效的实时性能。
2.2 EtherCAT的通信机制EtherCAT采用了一种称为“分布式时钟同步”的机制，确保各个从站之间的通信同步。
此外，EtherCAT还使用了“流式处理”机制，使得从站能够在不中断通信的情况下进行数据处理。
第三部分：EtherCAT的应用3.1 工业自动化EtherCAT广泛应用于工业自动化领域，如机器人控制、自动化生产线和工厂自动化等。
其高实时性和可靠性使得工业设备能够实现精确的控制和协调。
3.2 智能交通系统EtherCAT在智能交通系统中也有广泛应用，如交通信号灯控制、智能车辆和交通监控系统等。
通过EtherCAT，交通系统能够实现快速的数据传输和准确的控制，提高整体交通效率。
第四部分：EtherCAT的优势4.1 高实时性EtherCAT具有非常高的实时性能，能够满足工业自动化等领域对实时通信的需求。
4.2 灵活性和可扩展性EtherCAT具有灵活性和可扩展性，可以适应不同规模和复杂度的系统。
其分布式结构和流式处理机制使得系统能够灵活地扩展和升级。
EtherCAT 介绍 PPT
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
最快反应时间 最慢反应时间
输入
输入
输出
(最差的情况)
(最好的情况)
Tmpd: 主站处理延时
TI/O: 本地I/O刷新时间(本地扩展总 线+固件)
„慢“的控制系统同样受益
使用EtherCAT的系统结构
实用原则: 以太网 “飞一般”
Switch IPC
.... DVI
(可选!)
▪ 可使用标准交换机
▪ 通过交换机: 一个Mac地址可访问多达65535 个节点
实用原则: 以太网 “飞一般”
„飞一般“的运算，节约时间
▪ 数据在报文传送期间可以修改或添加，而无需堆栈、缓存 或分解/组合。
▪ 每个节点最小的
报文延时
▪ 最佳性能
fvrom Masterr
to Master
EtherCAT 性能
• 40 轴 (每轴6字节输入/ 输出数据) • 50 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 • 2000 数字量 + 200 模拟量I/O, 总线长度 500 m • EtherCAT性能 : 循环时间 230µs
Ethercat使用手册
Ethercat使用手册EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种高速的工业以太网通讯协议，以其低延迟、高效率和实时通信能力，被广泛应用于工业自动化领域。
本文将为大家介绍EtherCAT 的基本概念、架构、协议规范以及如何搭建EtherCAT网络。
一、基本概念1. EtherCAT主站(Master)：负责控制通讯过程的控制器，管理所有从站的通讯，向从站发送同步信号和控制命令。
2. EtherCAT从站(Slave)：负责执行具体任务的设备或控制器，在EtherCAT网络中可以有多个从站。
3. EtherCAT字段总线：连接全部从站的总线，是整个网络中最重要的部分。
4. EtherCAT换能器：把控制信号转换成高速的EtherCAT数据帧，使Ethernet适合于实时控制的应用领域。
二、架构EtherCAT由主站和从站组成，主站负责控制EtherCAT的通讯过程，管理从站的访问，而从站则负责执行具体任务。
EtherCAT 采用总线拓扑结构，所有从站通过字段总线连接，并共用一个通讯周期。
EtherCAT的主站可以是PC或PLC，可以使用各种编程语言（如C++、C#等）开发。
主站向从站发送同步信号，从而标定每个从站在通讯周期内的操作时序。
从站接收同步信号后，完成任务后将数据帧反馈给主站，从而完成双向通讯。
三、协议规范EtherCAT的通讯过程分为两个阶段，即数据链路层和应用层。
数据链路层的主要功能是使用EtherCAT数据帧将数据在各个从站之间传输，数据帧以太网的形式传输，数据帧中包含整个网络的同步和配置信息。
应用层的主要功能是在EtherCAT数据帧中传输各个从站的配置信息和控制命令， EtherCAT协议支持350种以上的工业通讯协议，包括CANopen、Modbus、PROFIBUS等，可以满足不同专业的自动化控制领域需求。
四、搭建EtherCAT网络搭建EtherCAT网络需要掌握以下几个方面：1.选择适当的硬件，如以太网交换机、EtherCAT主站和从站。
ethercat 方案
EtherCAT 方案1. 概述EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种用于实时控制的高性能工业以太网通信协议。
它是一种开放的标准，允许实时数据在多个从站设备之间进行高效的通信。
EtherCAT 方案适用于各种工业自动化应用，提供了高速、实时和可靠的通信能力。
2. EtherCAT 架构EtherCAT 网络由一个主站（Master）和多个从站（Slave）组成。
主站负责控制和调度整个网络的通信，在每个通信周期内向从站发送命令和接收数据。
从站负责执行主站发送的命令并返回相应的数据。
EtherCAT 网络使用总线拓扑结构，所有从站设备通过一根共享的以太网电缆连接在一起。
3. EtherCAT 实时通信EtherCAT 的实时通信能力是其最重要的特点之一。
通过使用分布时钟和数据处理的方式，EtherCAT 实现了极低的通信延迟和高带宽利用率。
每个从站设备接收到主站发送的数据后，便可以立即进行处理并向下一个从站传递数据，从而实现了实时通信。
4. EtherCAT 网络拓扑EtherCAT 网络可以灵活地配置为不同的拓扑结构，根据具体的应用需求选择适合的网络结构。
常见的拓扑结构包括：线性结构、环状结构和星形结构。
线性结构适用于长距离的通信，环状结构适用于需要高可靠性和冗余的场景，星形结构适用于连接多个从站设备到一个主站的场景。
5. EtherCAT 协议栈EtherCAT 协议栈是实现 EtherCAT 通信的软件组件。
它包含了从物理层到应用层的各个协议组成部分，并提供了一种简便的方式来进行 EtherCAT 网络的开发。
常见的 EtherCAT 协议栈包括 Beckhoff 的 TwinCAT、EtherCAT Slave Stack 和EtherCAT Master Stack 等。
6. EtherCAT 主从站配置在 EtherCAT 网络中，主站和从站的配置是非常重要的。
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》
《面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，EtherCAT （Ethernet for Control Automation Technology）通信协议以其高速、实时、高效率的特性，在嵌入式系统领域得到了广泛应用。
ZYNQ嵌入式平台作为一款高性能、低功耗的SoC（System on a Chip）芯片，为EtherCAT通信协议的实现提供了理想的硬件基础。
本文将详细介绍面向ZYNQ嵌入式平台的EtherCAT通信协议栈的设计与实现。
二、EtherCAT通信协议概述EtherCAT是一种基于以太网的实时通信协议，主要用于工业自动化控制领域。
它通过优化数据传输和同步机制，实现了高速、实时、高效率的通信。
EtherCAT协议栈包括物理层、数据链路层、网络层和应用层等多个层次，其中物理层和数据链路层由硬件实现，应用层则由软件实现。
三、ZYNQ嵌入式平台简介ZYNQ嵌入式平台是一款基于Xilinx FPGA和ARM Cortex-A9处理器的SoC芯片，具有高性能、低功耗、可扩展等优点。
其硬件架构包括可编程逻辑（FPGA）和处理器系统（PS），为EtherCAT通信协议的实现提供了良好的硬件基础。
四、EtherCAT通信协议栈设计在ZYNQ嵌入式平台上实现EtherCAT通信协议栈，需要从硬件和软件两个方面进行设计。
1. 硬件设计：（1）选择合适的以太网控制器芯片，与ZYNQ嵌入式平台的处理器系统（PS）进行连接，实现物理层和数据链路层的通信。
（2）设计可编程逻辑（FPGA）电路，实现EtherCAT协议的编码和解码功能。
2. 软件设计：（1）设计应用层软件，实现EtherCAT协议的报文处理、数据传输和同步等功能。
（2）设计驱动程序，与硬件进行交互，实现数据的收发和通信功能的控制。
五、EtherCAT通信协议栈实现在实现EtherCAT通信协议栈时，需要遵循以下步骤：1. 配置以太网控制器芯片的参数，如IP地址、子网掩码等，建立与ZYNQ嵌入式平台的连接。
ETG1000_1_CHN_Overview_V1i0i2_C01
5
对 OSI 基本参考模型的映射
5.1 概述 采用 ISO/IEC 7498 的原理，方法论和模型来描述 EtherCAT 的协议类型。 OSI 模型提供了对通信 标准的分层方法，据此可独立地开发和修改各层。 EtherCAT 规定了完整的 OSI 通信栈由顶至底的 功能，以及潜在地规定了通信栈用户的某些功能。 OSI 的中间层（第 3-6 层）的功能可被浓缩到 EtherCAT 的数据链路层或 EtherCAT 的应用层，或可由一个单独的层实现。同样，为了简化用户 操作， EtherCAT 应用层可提供现场总线应用层的用户公用的若干特性。
1.0.2
4
EtherCAT Specification - Part 1 部分
只供 ETG 内部使用 ! 禁止传阅 ! 本文档由英文版进行翻译，详细解释请参照原文
目录
1 2 3 4 5 6 7 范围 .................................................................................................................................. 6 规范性引用文件 ................................................................................................................. 6 缩略语 .............................................................................................................................. 7 ETG.1000 系列文件概念 .................................................................................................... 7 对 OSI 基本参考模型的映射 ................................................................................................ 8 每个服务和协议特性的简述 ................................................................................................ 9 数据类型 ASE ................................................................................................................. 10
ethercat协议
EtherCAT协议简介EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种高性能、实时性强的工业以太网通信协议。
它被广泛应用于工业自动化领域，用于实时控制和数据采集。
本文将介绍EtherCAT协议的工作原理、优势以及应用场景。
工作原理EtherCAT采用主从式架构，其中有一个主节点（Master），多个从节点（Slave）以及通信线路组成。
主节点负责发送控制指令，从节点负责接收控制指令并执行相应的操作。
通信线路采用以太网技术，通过在以太网帧中封装EtherCAT帧来实现快速和实时的通信。
EtherCAT协议利用以太网的时分多路访问（Time Division Multiple Access）功能，在通信周期内将多个从节点的数据封装成一个帧进行传输。
主节点发送的控制指令通过一个环路（Ring）在从节点之间传递，每一个从节点都可以读取和修改需要的数据，然后将帧传递给下一个节点。
这种串联的方法大大降低了通信延迟和通信带宽的消耗，提高了通信速度和实时性。
优势高性能与实时性EtherCAT协议具有非常低的通信延迟和高的通信带宽，能够实现微秒级的实时控制。
这使得它非常适合于需要高性能和高实时性的应用，如机器人控制、高速运动控制等。
易于集成和扩展EtherCAT协议基于以太网技术，可以与现有的以太网设备兼容。
它能够利用现有的以太网物理层和网络结构，减少硬件设备和布线的成本。
同时，EtherCAT协议也支持分布式扩展，可以方便地添加新的从节点，灵活应对不同的应用需求。
灵活的拓扑结构EtherCAT协议支持多种拓扑结构，包括线性、环状、星型等。
用户可以根据具体的应用需求选择合适的拓扑结构，从而更好地满足系统的可靠性和可扩展性要求。
强大的诊断和监控功能EtherCAT协议具有强大的诊断和监控功能，可以实时监控从节点的状态和性能指标。
主节点可以根据从节点的反馈信息进行故障诊断和状态监控，提高系统的可靠性和稳定性。
Ethercat-轻松入门1
EtherCAT模型
EtherCAT网络是具有物理层（PHL）、数据链路层（DLL）、应用层（APL） 的三层模型。
ISO/OSI Layer Model
Device Model -ISO/OSI Reference
Device Model -ISO/OSI Reference
通过上图可以看到EtherCAT从设备的整体结构，标准以太帧的数据传到从设 备上，物理层获取数据，通过RJ45到PHY经Port到达EtherCAT Proccessing Unit(处理单元)，到这里就进入了数据链路层，通过FMMU做数据映射取到属 于自己的数据，如果是邮箱类型数据就放到DPRAM的邮箱缓冲区通过 SM0/SM1通道来与上层交互，如果是缓冲类型数据就放到对应的过程数据缓 冲区通过SM2/SM3通道与上层进行交互；同时在ESC（ethercat从设备控制 器）中还包含功能寄存器，它可以通过前面所说的EEPROM信息（ESI）来 配置ESC的各项参数和功能属性；通过PDI（过程数据接口）将缓冲区的数据 传到MCU（应用层），由于我们所用的协议是COE（canopen over ethercat），所以邮箱数据会以SDO（服务数据对象）形式呈现，而过程数据 会以PDO（过程数据对象）的形式通过后面要说明的对象字典的映射来与更 高一层的控制协议（如Cia402）进行数据交互。
读数据 写数据 读写数据 读数据 写数据 读写数据 读数据 写数据 读写数据
命令名称和编号 NOP(0) APRD(1) APWR(2) APRW(3) FPRD(4) FPWR(5) FPRW(6) BRD(7) BWR(8) BRW(9)
含义 没有操作 顺序寻址方式，从站读取数据 顺序寻址方式，从站写入数据 主站用顺序寻址与从站交换数据 设置寻址方式，从站读取数据 设置寻址方式，从站写入数据 主站用设置寻址与从站交换数据 主站从所有从站的物理地址读取 数据并做逻辑或操作 主站广播写入所有从站 主站与所有从站交换数据，对读 取的数据做逻辑或操作
ethercat 通讯结构
Ethercat 通讯结构介绍Ethercat（以太网计算机自动控制技术）是一种高性能、实时以太网通信协议，适用于工业自动化领域。
本文将全面探讨Ethercat通讯结构，包括其基本原理、通讯模型以及应用实例。
Ethercat 通讯基本原理Ethercat 通讯基于以太网协议，但它采用了一种分布式时钟同步和全局共享通道的方式，使得各个从设备之间的通讯变得十分高效和实时。
Ethercat 的基本工作原理如下：1.Master-Slave 结构：Ethercat 网络由一个Master（主主机）和多个Slave（从设备）组成。
Master负责控制通讯的调度和同步，而Slave则负责执行具体的任务。
2.工作周期：Ethercat 的通讯是按照固定的周期进行的，该周期被称为工作周期。
Master控制数据帧的发送和接收，并确保在每个工作周期内完成所有从设备的通讯。
3.分布式时钟同步：Ethercat 网络的一个重要特点是分布式时钟同步。
Master通过向每个Slave发送同步帧来同步所有从设备的时钟，使得整个网络保持高度同步。
4.数据传输：Ethercat 通过在一个以太网数据帧（Ethercat Frame）中封装从设备的数据，实现高效的数据传输。
每个数据帧中可以包含一个或多个从设备的数据信息。
Ethercat 通讯模型Ethercat 采用了Master-Slave结构的通讯模型，下面是Ethercat 通讯模型的详细流程：1.Master 发送同步帧：在每个工作周期的开始，Master向网络中的所有Slave发送同步帧，以实现时钟同步。
2.从设备响应：每个Slave接收到同步帧后，根据同步帧中的时间戳更新自身的时钟，并准备好接收数据。
3.数据传输：Master在同一个工作周期内依次发送数据帧给每个Slave，并接收从设备返回的数据。
4.数据处理：每个Slave接收到数据帧后，解析其中的数据，并根据Master的指示执行相应的任务。
EtherCAT协议介绍(1)
帧处理顺序
6
拓扑
灵活多变的拓扑 – 线型结构 – 数据处理链型结构 – 带分支结构的数据处理链结构 – 树形结构 – 星型结构 – 电缆冗余 两个设备之间可到达标准以太网电缆可到达的100M距离 理论上可以连接多达65535个设备
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线型结构
任意数目的设备成直线型连接 最多65535个设备
– 开始于2000.1.1 00：00 – 最小计量1ns – 64 bit (足够500年) – 低32位跨越4.2秒
一般情况下，足够信息交流和时间压力 定义一个参考时钟
– 一个 EtherCAT 从站 被当作参考时钟使用 – 参考时钟循环的分布他的时钟 – 参考时钟根据一个全局参考时钟 – IEEE 1588而改变
数据链路层的目的：
数据链路层连接物理层和应用层 数据链路层管理底层的通讯根底结构 – 连接控制 – 连接收发器 (PHY) – 寻址 – 从站管理器配置 – EEPROM 通路 – 同步管理器的配置和管理 – FMMU 配置和管理 – 过程数据接口配置 – 分布式时钟 – 建立 AL 状态机交互
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Modular Device Profile
• EtherCAT supports complex slaves • E.g. devices with physical modules to be connected (modular device) or devices with different operation modes (complex device). • The Modular Device Profile defines – A modeling of structures within a device, e.g. the Object dictionary – An easy way for master and configuration devices to handle the device
各类工业总线对比
各类工业总线对比各类工业总线对比EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，Eter CAT名称中的CAT为ControlAutomation Te chnology（控制自动化技术）首字母的缩写。
最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Au tomationGmbH)研发。
EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。
Eth erCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。
EtherCAT EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。
EtherCAT从站设备在报文经过其节点时处理以太网帧：嵌入在每个从站中的FMMU（现场总线存储管理单元）在帧经过该节点时读取相应的编址数据，并同时将报文传输到下一个设备。
同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。
整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。
主站方面也非常经济，商用的标准网卡（NIC）或任何主板集成的以太网控制器可以用作硬件接口。
这些接口的共性就是数据通过DMA（直接内存读取）传输至PC，即网络读取时无需占用CPU资源。
协议EtherCAT协议在以太网帧内采用官方指定的以太类型。
采用这种以太类型即可允许在以太网帧内直接传输控制数据，而无需重新定义标准以太网帧。
该以太网帧可由多种子报文组成，每个子报文服务于逻辑过程映像区的特定内存区，该区域最大可达4GB。
数据序列是独立于物理顺序的，所以以太网端子模块的编址可以随意排序。
从站之间的广播，多播和通讯也可得以实现。
当EtherCAT组件与主站控制器运行在同一个子网，或者在控制软件直接读取以太网控制器时，可以使用以太网帧直接传输数据。
然而，EtherCAT不仅限于单个子网的应用。
EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文，这就意味着，任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中，甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。
ethercat协议
EtherCAT协议1. 简介EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一种高性能实时工业以太网通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
它具有低延迟、高实时性、高带宽利用率等特点，能够满足复杂的控制系统的通信需求。
2. 通信原理EtherCAT协议采用主从结构，主节点负责协调和管理网络中的从节点。
主节点通过发送数据包到网络上的从节点来实现通信。
EtherCAT的通信过程如下：1.主节点发送数据包到网络上的第一个从节点。
2.第一个从节点接收到数据包后，提取其中的数据，并在保持原有数据不变的情况下，将自身的输入数据添加到数据包中。
3.第一个从节点将更新后的数据包转发给下一个从节点。
4.各个从节点依次执行步骤2和步骤3，直到数据包到达最后一个从节点。
5.最后一个从节点将数据包返回给主节点。
6.主节点提取各个从节点的输出数据。
这种机制使得数据能够实现高速传输，并能够实现实时的同步控制。
3. EtherCAT网络拓扑EtherCAT网络可以采用线性拓扑、环状拓扑或星型拓扑。
其中，线性拓扑最简单，适用于较小规模的网络；环状拓扑适用于对冗余性要求较高的网络；星型拓扑适用于集中管理的网络。
在EtherCAT网络中，主节点与从节点之间通过EtherCAT从站接口进行连接。
从站接口负责接收和发送数据，并将数据传递给从节点或主节点。
从站接口通常集成在从节点的硬件或芯片中。
4. EtherCAT数据帧格式EtherCAT数据帧是以太网帧的一种特殊形式。
它由头部、数据部分和尾部组成。
头部包含了EtherCAT的控制字段和数据字段的长度信息。
数据部分包含了从节点的输入数据和主节点传输的数据。
尾部包含了校验码等信息。
EtherCAT数据帧的格式是固定的，这保证了数据的可靠传输和实时性。
5. EtherCAT的优势EtherCAT协议相比其他工业以太网协议具有以下优势：•高实时性：EtherCAT的通信延迟非常低，可满足实时控制的需求。
ethercat 入门 系统描述
EtherCAT 入门系统描述导言EtherCAT（以太CAT）是一种实时以太网通信协议，用于在工业自动化领域中，实现高性能、低延迟的实时控制系统。
本文将介绍EtherCAT的基本概念、工作原理、应用领域和入门实践，帮助读者对EtherCAT有一个全面的了解。
1. EtherCAT 概述EtherCAT是一种基于以太网的实时控制总线技术，由Beckhoff在2003年开发并发布。
EtherCAT使用一种分布式时钟同步方法，可以在微秒级实现通信，具有低延迟和高带宽的特点。
它通过实时以太网实现分布式控制器、设备和传感器之间的通信，并支持多种通信拓扑，如线性、环形和星形等。
2. EtherCAT 架构EtherCAT系统由主站和从站组成。
主站通常是一个工控机或PLC，负责发送和接收数据。
从站可以是各种类型的设备和传感器，如电机驱动器、温度传感器等。
主站通过EtherCAT总线将数据发送到从站，并从从站接收响应数据。
3. EtherCAT 性能特点3.1 高实时性EtherCAT通过一种优化的通信协议和分布式时钟同步机制，实现了高实时性的通信。
在EtherCAT网络中，从站可以将数据实时传输到主站，主站可以实时下发控制指令到从站，这使得EtherCAT非常适用于实时控制和反馈应用。
3.2 低传输延迟EtherCAT的通信延迟非常低，通常在微秒级别。
这主要得益于EtherCAT的传输方式，数据在从站上通过实时以太网线路进行处理，然后再通过总线传输到主站。
这种快速传输的特点使得EtherCAT在需要快速响应的应用中非常有用。
3.3 高带宽EtherCAT的带宽可以根据实际应用需求进行扩展，可以支持多个从站同时进行数据传输。
这使得EtherCAT在需要高带宽的应用场景中非常适用，如高速运动控制和大规模数据采集等。
4. EtherCAT 应用领域EtherCAT在众多工业自动化领域中得到广泛应用，以下是一些常见的应用领域：- 机床控制：EtherCAT可用于高精度和高速度的机床控制系统，通过将运动控制器和传感器连接到EtherCAT总线上，实现快速准确的运动控制。
ethercat协议解析
EtherCAT协议介绍及实现
• EtherCAT定义 • EtherCAT特性 • EtherCAT协议 • EtherCAT实现
•随着计算机、通信、网络等信息技术的发展,信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的 市场,因此,需要建立包含从工业现场的设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络平台,建 立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。工业控制网络作为一种特殊的网络,直接面向生产 过程,肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务,并产生或引发物质或能量的运动和转 换,因此它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣工业现场环境的适应性、总线供电等特殊要求和特 点。 现场总线技术 •在这种背景下,20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术,以全数字的通信代替4~20mA电流的模 拟传输方式,使得控制系统与现场仪表之间不仅能传输生产过程测量与控制信息,而且能传输现场仪表 的大量非控制信息,使得工业企业的管理控制一体化成为可能,并且促使目前的自动化仪表、DCS和可编 程控制器（PLC)等产品所面临的体系结构和功能结构产生重大变革。但是,现场总线技术在其发展过程 中还存在不足 •现有的现场总线标准过多,仅国际标准IEC61158就包含了8个类型,未能统一到单一标准上来 •不同总线之间不能兼容,不能实实现透明信息互访,无法实现信息的无缝集成 •由于现场总线是专用实时通信网络,成本较高 •现场总线的速度较低,支持的应用有限,不便于和Internet信息集成。
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从站控制器：从站控制器(ESC)主要有 ASIC 芯片、IP-Core 和 ESC20。ASIC 芯片主要由德国倍福公司提供，主要有 ET1100 和 ET1200 ；IP-Core 可以从德国倍福公司、Xilinx 公司和 Altera 公司获得。每种形式的ESC都由MII/EBUS接口、逻辑管理单元 FMMU(Fielldbus MemoryManagement Unit)、同步存储管理 SM(SyncManager)、双端口 RAM、分布时钟、过程数据 PDI(Process Data Interface)接口等组成
第一部分 EtherCAT 协议系统整体组成
德国倍福公司提出了以太网控制自动化技术,即 EtherCAT 技术,在数据链路层使用实时性调度的软核,并采用了双端口 RAM 传输过程数据传输,提高了系统的实时性. 主站由带有普通网卡的计算机组成,主要负责向从站的发送 EtherCAT 数据帧,从而进行与从站的互动。主站向从站发送数 据帧经过所有的从站设备,每个从站设备在数据帧经过时,处理寻址到本站的数据,根据报文头中的命令从报文中指定的位置 读或写数据,并且从站硬件把该报文的工作计数器(WKC)加 1,表示该 数据被从站处理;数据帧访问完整个系统的最后一个从站时,该从站把经过处理的数据帧发送给主站。主站收到从站处理的 数据帧后(10G 以太网)
2 EtherCAT 协议系统从站组成
从层次上划分,EtherCAT 协议一般划分为三层,即物理层、数据链路层和应用层;其中,物理层的主要器件有物理层 PHY(Port Physical Layer)芯片、网络变压器和 RJ45 接口组成。数据链路层的主要器件是 ESC(EtherCATSlave Controller)专用器件。应用层主要根据需要选择合适的微处理器芯片 ESC 物理层使用的接口模式分为两种:一种是 MII (Media IndependentInterface)接口,另一种是 EBUS 接口。
1 EtherCAT 协议系统主站组成
EtherCAT 协议系统的主站可以是任何可以控制标准以太网的工业设备；主站可以是小型嵌入式控制器、小型 PLC、任何基于 PC 的应用等 以太网控制芯片(Retaltek RTL8102)集成了物理数据收发器,使用起来比较方便 电信号传输可以采用100BASE-TX标准连接以太网(最长为 100m,带变压器耦合),也可以使用 LVDS(Low VoltageDifferential Signaling)在物理层上传输。LVDS 是基于 ANSI/TIA/EIA-644 的差分信号,同样适用