EtherCAT协议介绍.ppt

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EtherCAT目录EtherCAT简介从站结构DeviceModelPhysicalLayerDataLinkLayerFrameStructureAddressing,CommandsMemory,SyncManager,FMMUsDiagnosisDistributedClocksApplicationLayerStateMachineMailbox（MailboxProtocols）SlaveInformationInterface（EEPROM）DeviceProfilesDeviceDescriptionTools（ConfigurationTool,Monitor,）EtherCATMasterStandard&ReferencesEtherCAT原理原理:

以太网以太网“ontheFly”类似高速列车:

“火车”（Ethernet帧）行驶不会停止一直盯着“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原理原理:

以太网以太网“ontheFly”EtherCAT原理原理:

以太网以太网“ontheFly”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（1Bit到60Kbyte,在需要的情况下可以使用很多帧）可以在每个周期中改变原来过程数据的编辑e.g.对轴控制的极短的周期,和一些较长点的I/O更新周期在一些不同步的情况，需要事件触发信息帧处理顺序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达到标准以太网电缆可达到的100M距离理论上可以连接多达65535个设备线型结构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结构带有分支线的数据处理链型树形结构实时星型结构电缆冗余主站仅仅需要一个另外的EtherCAT端口，但是可能连接所有的从站设备EtherCAT从站结构EtherCAT从站评估板从站评估板EtherCAT控制器板ISO/OSI模型模型EtherCAT物理层物理层电缆：

100BaseTXor100BaseFx设备内部：

E-Bus（LVDS）端口管理一个从站控制器最多可以有4个端口如果一个端口关闭了，控制器主动连接下一个端口端口可以随着EtherCAT命令主动的打开或者关闭逻辑端口设置决定了EtherCAT帧的处理和发送顺序数据链路层的目的：

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状态机交互数据链路层概述标准IEEE802.3以太网帧对主站没有特殊需求使用标准的以太网基础结构IEEE注册以太网帧类型:

88A4h最优帧靠前不需要IP栈简单的主站执行附加UDP传输（IANA注册的88A4h端口）EtherCAT可以通过以太网进行信息传递使用标准的sockets在从站进行帧处理EtherCAT从站控制器通过硬件处理帧Ethernet/EtherCAT帧结构帧结构EtherCATFrameHeaderTypeMeaning-0:

保留位保留位1:

EtherCATDatagram（s）2,3:

保留位保留位4:

网络变量网络变量5:

基于基于IP的邮箱的邮箱6-15:

供扩展用保留供扩展用保留EtherCAT数据包头寻址数据包头寻址EtherCAT寻址EtherCAT命令不同的命令通过信息传输系统最优化对所有存取方法的读写EtherCAT命令广播读每字节的个别位用引入数据和本地数据逻辑或的结果添加读写动作对引入数据和本地数据进行交换一对多的读写（RMW）被定位的站点读其他所有站点写同步管理器同步管理器维护一个DPRAM区域邮箱特点1个缓冲器的同步管理器支持握手数据溢出保护在读之前进行写在再次写之前进行读缓冲特点3缓冲器保证数据的传输和最新数据的存写保留一个缓冲器用来写保留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个独立的同步管理器通道同步管理器配置注册地址从0x0800开始引入分布式时钟（DC）的目的通过分布式时钟精确的调整，系统可以达到精确的同步（1s!

）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始于2000.1.100：

00最小计量1ns64bit（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IEEE1588而改变应用层（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EthernetoverEtherCAT（EoE）CANopenoverEtherCAT（CoE）FiletransferoverEtherCAT（FoE）ServoDriveoverEtherCAT（SoE）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一致从站设备的请求状态和当前状态反应于应用层控制和应用层注册中定义了五种状态:

Init,Pre-Operational,Safe-Operational,OperationalBootstrap选项状态定义了固件更新EtherCAT状态机EtherCAT状态机Init状态状态应用层没有数据交互应用层没有数据交互主站对数据传输信息注册有通路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应用层上的邮箱通信没有过程数据交互没有过程数据交互Safe-Operational状态状态应用层上的邮箱通信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，输出置于过程数据通信，但是仅仅是输入被评估，输出置于SafeSafe状态状态Operational状态输入和输出都是有效的输入和输出都是有效的EtherCAT状态机Bootstrap状态状态Bootstrap状态是可选择的，但是在固件必要的状态是可选择的，但是在固件必要的更新时推荐选择更新时推荐选择只能和只能和InitInit进行状态间转换进行状态间转换没有过程数据通信没有过程数据通信通过应用层的邮箱进行通信通过应用层的邮箱进行通信根据需要的情况对邮箱进行配置根据需要的情况对邮箱进行配置只能使用只能使用FoEFoE协议协议EtherCAT状态机/控制和状态从站设备的请求状态和当前状态反应于应用层控制和应用层注册中应用层控制（0x0120）初始化设备状态机的状态转换应用层状态（0x0130）设备状态机的实际状态应用层状态代码（0x0134）错误原因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，但是推荐使用如果过程数据是可设置的，或者有其他的非周期性服务，必须邮箱通信全双工能力（从站可以发起一个数据交互）预留两个同步管理器通道SyncManager0:

主站到从站SyncManager1:

从站到主站数据交互的早期阶段，邮箱方式是可利用的（StatePre-Operational）支持多种协议的能力邮箱通信协议的类型EthernetoverEtherCAT（EoE）通过EtherCAT传输的标准以太网帧CANopenoverEtherCAT（CoE）访问CANopen对象字典和他的对象CANopen紧急事件和事件驱动的PDO消息FileAccessoverEtherCAT（FoE）下载上传固件和其他的一些文件ServoDriveoverEtherCAT（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）由所有能被持久保存的对象组成信息被储存于一个EEPROM，EtherCAT从站控制器和EEPROM之间有一个SPI接口TheSII包括boot设置数据设备一致性（强制的）卖主Id,产品序列号,修正号,SerialNo和CoE对象0x1018里，相同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DeviceProfilesMotivationThemainissuesofthisdevicemodelaremodelingofstructureswithinadeviceusableforalargenumberofdevicesfromverysimpleonetocomplexsub-structuredeasywayformasterandconfigurationdevicestohandlethedeviceuseofsimilarchannelprofilesinalldevicetypesshownbelowModularDeviceProfileEtherCATsupportscomplexslavesE.g.deviceswithphysicalmodulestobeconnected（modulardevice）ordeviceswithdifferentoperationmodes（complexdevice）.TheModularDeviceProfiledefinesAmodelingofstructureswithinadevice,e.g.theObjectdictionaryAneasywayformasterandconfigurationdevicestohandlethedevice