原文:
一、概述
( for)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议,最初由德国倍福自动化有限公司(GmbH) 研发 。它于2003年被引入市场,于2007年成为国际标准,并于2014年成为中国国家标准 。的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准 。
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) 。
二、原理
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,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备 。是一种实时以太网技术,由一个主站设备和多个从站设备构成 。主站可以使用标准网卡实现,从站选用特定的从站控制器ESC( Slave )或者FPGA实现 。报文(标准的ISO/IEC 8802-3以太网帧)由主站设备发出,途经各个从站设备,从站设备在报文经过时进行提取或插入数据 。当报文到达网段内最后一个从站设备时再反方向传输,最后由第一个从站设备把收集到的信息返回到主站设备 。
图2.1 过程数据插入至报文中
三、拓扑
支持总线型、树型或星型等多种拓扑结构 。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网,并且不受限于级联交换机或集线器的数量 。最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合 。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在,所以无需附加交换机,还可以使用基于以太网的星型拓扑结构 。系统最多可容纳65535个设备,因此整个网络规模几乎是无限制的 。
采用不同的传输电缆可以最大限度地发挥布线的灵活性 。灵活而价格低廉的标准以太网插接电缆可通过以太网模式()或通过E总线来传输信号 。光纤(PFO)可以用于特殊的应用场合 。以太网带宽(如不同的光缆及铜缆)可以结合交换机或媒介转换器使用 。快速以太网的物理特性可以使设备之间的距离达到100米,而E-bus只能保障10米的间距 。快速以太网或 E-bus可以按照距离要求进行选择 。
图3.1 灵活的拓扑结构
四、协议格式介绍 4.1以太网
【转自知乎“智能制造之家“工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析】数据可以使用标准的IEEE 802.3以太网数据帧传输,格式如图4.1所示,由以太网头、帧和FCS(帧校验)组成 。
图4.1
4.1.1以太网帧头
Dest Mac和Src Mac分别表示接收方MAC地址、发送方MAC地址,VLAN Tag为可选字段,可以省略,值为IEEE 802.1规定的 0x81,0x00和2字节标签控制信息.Ether Type值为,表示协议 。
4.1.帧
帧格式如图4.2所示,分为头和数据两个部分 。
![转自知乎“智能制造之家“ 工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析](http://img.gansulong.com/230617/0425313194-0.png)
文章插图
图4.2
头:
字段值为数据的长度,Res为保留位,Type值的不同后续数据格式也不相同,值可以取:
: DLPDU
:变量
:邮箱
数据(主要介绍 DLPDU):
数据如图4.3所示,由多个子报文组成,每个子报文由子报文头、数据和WKC构成 。
图4.3
子报文头:
数据:
数据的类型根据Cmd和这个字段确定 。前16bit代表从站地址,后16bit代表寄存器地址,当Cmd为逻辑寻址类型时,整个32bit代表逻辑地址 。寄存器地址大于,考虑是否为邮箱数据,邮箱数据在从站中的地址为SM0-SM1,SM0起始位置为 ,SM2-SM3属于FMMU(总线内存管理单元),只能逻辑地址访问 。
WKC:
WKC(工作计数器)初始值由主站设置为0,当子报文经过从站时会对WKC进行增加,增加的数值根据Cmd的不同有所区别 。当数据帧返回主站后,主站设备会根据WKC的值来判断报文是否被正确处理 。
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