工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT技術(shù)的原理及其實(shí)現(xiàn)

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)控制行業(yè)中的研究熱點(diǎn)。EtherCAT技術(shù)以其高速、簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)正在獲得越來越多的研發(fā)人員的關(guān)注。本文詳細(xì)介紹了EtherCAT技術(shù)的原理和協(xié)議形式，并結(jié)合TMS320LF2407給出了一種具體的EtherCAT從站實(shí)現(xiàn)方式。
【關(guān)鍵詞】　工業(yè)以太網(wǎng)， EtherCAT， TMS320LF2407.
The principle of Industry Ethernet-EtherCAT
and its implementation
WANG Wei-jian?
（Research Center of Shang Hai Xin Hua Control Technology Group Co.Ltd）
?Industry Ethernet is becoming researching hot. EtherCAT as a kind of industry Ethernet is getting much more attention with its high speed, simplicity and easy availability. This paper introduces the principle of EtherCAT and its protocol, in addition, this paper tells how to implement EtherCAT slave with TMS320LF2407.
Key words? Industry Ethernet， EtherCAT，TMS320LF2407.

一、引言

二、EtherCAT技術(shù)原理

圖1 EtherCAT的OSI模型

EtherCAT協(xié)議本身決定了它無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個(gè)設(shè)備。它具有主從數(shù)據(jù)交換原理，需要主站和從站配合完成工作，因而，EtherCAT非常適合主從控制器之間的通訊。EtherCAT主站傳遞的以太網(wǎng)幀包含了所有的I/O從站數(shù)據(jù)，報(bào)文在I/O從站間傳遞，每個(gè)從站用極短的時(shí)間獲取數(shù)據(jù)并將要發(fā)出的數(shù)據(jù)寫入到以太網(wǎng)幀的相應(yīng)位置，然后將報(bào)文傳遞給下一個(gè)從站。最后一個(gè)從站處理結(jié)束后，將報(bào)文傳遞回EtherCAT主站。

EtherCAT協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2表明，由于發(fā)送和接收的以太網(wǎng)幀壓縮了大量的設(shè)備數(shù)據(jù)，EtherCAT充分利用了IO層的帶寬，采用EtherCAT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可用的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)90%以上，100 Mbit/s的全雙工特性完全得以利用。有資料表明其處理1000個(gè)數(shù)字量I/O只需30微秒，處理200個(gè)l6位模擬量信號(hào)只需50微秒，即取樣頻率達(dá)到20kHz。這種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議非常適合要求實(shí)現(xiàn)快速控制的應(yīng)用場(chǎng)合，可以做到真正把以太網(wǎng)應(yīng)用于傳感器/執(zhí)行器級(jí)。EtherCAT協(xié)議本身決定了它幾乎支持任何拓?fù)漕愋停ň€型、樹型、星型等，并且不受限于級(jí)聯(lián)交換機(jī)或集線器的數(shù)量。
在故障診斷方面，EtherCAT通過CRC校驗(yàn)，可以有效地檢測(cè)出數(shù)據(jù)傳送期間的位故障，EtherCAT通過匹配性檢查可以進(jìn)行斷線檢測(cè)和故障定位。另外，EtherCAT系統(tǒng)的協(xié)議還可以對(duì)各個(gè)傳輸段分別進(jìn)行品質(zhì)監(jiān)視，與錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器關(guān)聯(lián)的自動(dòng)評(píng)估還可以對(duì)關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)段進(jìn)行精確定位。

三、EtherCAT的實(shí)現(xiàn)