EtherCAT协议介绍

01

EtherCAT介绍

EtherCAT，作为一个可用于现场级的超高速IO网络，由德国Beckhoff公司开发。EtherCAT使用标准的以太网物理层和常规的以太网卡，作为基于EtherNet的可实现实时控制的开放式网络，EtherCAT系统可扩展只65535个从站规模。

1

EtherCAT工业以太网的主要特点

完全符合以太网标准：对于普通以太网相关的技术都可以应用在EtherCAT网络中，如传统的以太网卡、交换机和路由器等。

支持多种拓扑结构，如传统的环形、星型、树形等。

高效率、刷新周期短：EtherCAT可达到小于100us的网络刷新周期，有效数据率可达90%。

同步性能好：EtherCAT的分布式时钟（DC时钟）可使得各个从站节点间的同步精度能够远小于１us。

拥有多种应用层协议接口，支持多种工业设备行规。

COE：CANopen over EtherCAT（EtherCAT协议在应用层支持CANopen协议，因此支持CANopen协议的从站可以被运用在EtherCAT协议上）

SOE：SERCOE over EtherCAT（SERCOS是世界首个应用于伺服控制的协议。EtherCAT协议在应用层接口上兼容了这个协议，简称为SOE。SERCOS应用层协议为主站设计了信息接口，可以通过配置EtherCAT过程数据报文，实现周期性传递伺服驱动器的数据。）

EOE：Ethernet over EtherCAT（该协议支持EtherCAT能分段传递标准的以太网数据报文，使得EtherCAT协议同样能支持TCP/IP、UDP/IP协议。）

FOE：File over EtherCAT（该协议可以使用EtherCAT总线上传、下载固件，刷新从站的固件）

2

EtherCTA的运行原理

相比较传统以太网解决方案，EtherCAT无需接收以太网数据包，再将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备只在报文经过其节点时读取相应的编码数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中，对于整个过程来说，报文也仅有几纳秒的时间延迟。

EtherCAT主站发送一个报文，报文经过所有节点，EtherCAT从站设备高速动态地（on the fly）读取寻址到该节点的数据，并在数据帧继续传输的同时插入数据，这样，数据帧的传输只取决于硬件传输延时，当某一网段或分支上的最后一个节点检测到开放端口（无下一个从站）时，利用以太网技术的全双工特性，将报文返回给主站。

由于发送和接收的以太网帧压缩了大量的设备数据，所以有效数据可达90%以上，尤其对于百兆全双工物理网卡设备来说，它的实时性能更是能得到极大的释放。

EtherCAT采用主从结构进行访问控制，通信关系始终由主站发起。主站使用标准的以太网接口，从站使用专门的ETherCAT从站控制器ESC(Ethercat Slave Controller)芯片来处理子报文。

整个EtherCAT网络形成一个环状，主站向各个从站发送EtherCAT以太网帧，该帧的数据区包含了多个ETherCAT子报文。这些子报文包含地址信息，用于定位每个从站，主站通过这些子报文与每个从站进行交互。每个从站ESC可以从数据帧中提取或插入数据。