EtherCAT协议介绍

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,EtherCAT,名目,EtherCAT 简介,从站构造,Device Model,Physical Layer,Data Link Layer,Frame Structure,Addressing,Commands,Memory,SyncManager,FMMUs,Diagnosis,Distributed Clocks,Application Layer,State Machine,Mailbox(Mailbox Protocols),Slave Information Interface(EEPROM),Device Profiles,Device Description,Tools(Configuration Tool,Monitor,),EtherCAT Master,Standard&References,EtherCAT,原理,:,以太网,“,on the Fly,”,类似高速列车:,“火车”(Ethernet 帧)行驶不会停顿,始终盯着“火车”通过狭窄的窗户，我们可以看到整个火车,“汽车”(次级报文)有可变的长度,我们可以”提取“或者“插入“单个人Bits 或者整个组,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,(1 Bit到60 Kbyte,在需要的状况下可以使用很多帧),可以在每个周期中转变原来过程数据的编辑,e.g.对轴把握的极短的周期,和一些较长点的I/O更新周期,在一些不同步的状况，需要大事触发信息,帧处理挨次,拓扑,灵敏多变的拓扑,线型构造,数据处理链型构造,带分支构造的数据处理链构造,树形构造,星型构造,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,线型构造,任意数目的设备成直线型连接,最多,65535,个设备,数据处理链型构造,带有分支线的数据处理链型,树形构造,实时星型构造,电缆冗余,主站仅仅需要一个另外的EtherCAT端口，但是可能连接全部的从站设备,EtherCAT从站构造,EtherCAT,从站评估板,EtherCAT把握器板,ISO/OSI,模型,EtherCAT,物理层,电缆：,100BaseTX or 100BaseFx,设备内部：,E-Bus(LVDS),端口治理,一个从站把握器最多可以有4个端口,假设一个端口关闭了，把握器主动连接下一个端口,端口可以随着EtherCAT命令主动的翻开或者关闭,规律端口设置准备了EtherCAT帧的处理和发送挨次,数据链路层的目的：,数据链路层连接物理层和应用层,数据链路层治理底层的通讯根底构造,连接把握,连接收发器(PHY),寻址,从站治理器配置,EEPROM 通路,同步治理器的配置和治理,FMMU 配置和治理,过程数据接口配置,分布式时钟,建立 AL 状态机交互,数据链路层概述,标准 IEEE 802.3 以太网帧,对主站没有特殊需求,使用标准的以太网根底构造,IEEE 注册 以太网帧类型:88A4h,最优帧靠前,不需要IP栈,简洁的主站执行,附加 UDP传输(IANA 注册的88A4h端口),EtherCAT 可以通过以太网进展信息传递,使用标准的 sockets,在从站进展帧处理,EtherCAT从站把握器通过硬件处理帧,Ethernet/EtherCAT 帧构造,EtherCAT Frame Header,Type Meaning,-,0:保存位,1:EtherCAT Datagram(s),2,3:保存位,4:网络变量,5:基于 IP的邮箱,6-15:供扩展用保存,EtherCAT,数据包头寻址,EtherCAT,寻址,EtherCAT,命令,不同的命令通过信息传输系统最优化对全部存取方法的读写,EtherCAT,命令,播送读,每字节的个别位用引入数据和本地数据规律或的结果添加 读写动作,对引入数据和本地数据进展交换,一对多的读写(RMW),被定位的站点读其他全部站点写,同步治理器,同步治理器维护一个 DPRAM 区域,邮箱特点,1个缓冲器的同步治理器支持握手,数据溢出疼惜,在读之前进展写,在再次写之前进展读,缓冲特点,3缓冲器保证数据的传输和最新数据的存写,保存一个缓冲器用来写,保存一个相应的缓冲器用来读(第一次写之前例外),一般用于过程数据传输,最多支持16个独立的同步治理器通道,同步治理器配置注册地址从 0 x0800开头,引入分布式时钟DC的目的,通过分布式时钟准确的调整，系统可以到达准确的同步(1 s!),外部时钟同步：,IEEE1588,通过完整的,IEEE1588,分界时钟选择端口,分布式时钟的作用,EtherCAT设备同步,定义系统时间,开头于2023.1.1 00：00,最小计量1ns,64 bit(足够500年),低32位跨越4.2秒,一般状况下，足够信息沟通和时间压力,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,参考时钟依据一个全局参考时钟 IEEE 1588而转变,应用层AL的目的,EtherCAT 状态机,设备和网络的启动,邮箱接口和协议,设备的存取变量,异步传输,协议,Ethernet over EtherCATEoE,CANopen over EtherCATCoE,Filetransfer over EtherCATFoE,Servo Drive over EtherCATSoE,从站信息接口(SII),设备特征和配置信息,EtherCAT,状态机的目的,状态机构建于数据链路层,定义EtherCAT从站设备一般信息状态,指定对EtherCAT从站设备启用网络时初始化和错误处理,状态和主从站之间通信关系相全都,从站设备的恳求状态和当前状态反响于应用层把握和应用层注册中,定义了五种状态:,Init,Pre-Operational,Safe-Operational,Operational,Bootstrap 选项状态定义了固件更新,EtherCAT,状态机,EtherCAT,状态机,Init,状态,应用层没有数据交互,主站对数据传输信息注册有通路,Pre-Operational,状态,应用层上的邮箱通信,没有过程数据交互,Safe-Operational,状态,应用层上的邮箱通信,过程数据通信，但是仅仅是输入被评估，输出置于,Safe,状态,Operational,状态,输入和输出都是有效的,EtherCAT,状态机,Bootstrap状态,Bootstrap状态是可选择的，但是在固件必要的更新时推举选择,只能和Init进展状态间转换,没有过程数据通信,通过应用层的邮箱进展通信,依据需要的状况对邮箱进展配置,只能使用FoE协议,EtherCAT状态机/把握和状态,从站设备的恳求状态和当前状态反响于应用层把握和应用层注册中,应用层把握(0 x0120),初始化设备状态机的状态转换,应用层状态(0 x0130),设备状态机的实际状态,应用层状态代码(0 x0134),错误缘由或者其他状态代码,邮箱传输的目的,交换变量数据的标准方式,邮箱接口是可选择的，但是推举使用,假设过程数据是可设置的，或者有其他的非周期性效劳，必需邮箱通信,全双工力气,(从站可以发起一个数据交互),预留两个同步治理器通道,Sync Manager 0:主站到从站,Sync Manager 1:从站到主站,数据交互的早期阶段，邮箱方式是可利用的,(State Pre-Operational),支持多种协议的力气,邮箱通信协议的类型,Ethernet over EtherCAT(EoE),通过EtherCAT传输的标准以太网帧,CANopen over EtherCAT(CoE),访问CANopen对象字典和他的对象,CANopen紧急大事 和大事驱动的PDO消息,File Access over EtherCAT(FoE),下载上传固件和其他的一些文件,Servo Drive over EtherCAT(SoE),存取伺服轮廓检验(IDN),邮箱接口,一个,EtherCAT,帧里的数据包,从站信息接口,从站信息接口的目的,强制从站信息接口SII由全部能被长期保存的对象组成,信息被储存于一个 EEPROM，EtherCAT 从站把握器 和 EEPROM之间有一个SPI接口,The SII包括,boot设置数据,设备全都性(强制的),卖主 Id,产品序列号,修正号,Serial No,和 CoE 对象 0 x1018里，一样的信息,应用程序信息数据,额外的一些数据(可选择的),种类的再分,Device Profiles,Motivation,The main issues of this device model are,modeling of structures within a device,usable for a large number of devices from very,simple one to complex sub-structured,easy way for master and configuration devices to,handle the device,use of similar channel profiles in all device types,shown below,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,