EtherCAT總線伺服電機BM40001-1MK0

目前有多種用于提供實時功能的以太網(wǎng)方案：例如，通過較高級的協(xié)議層禁止CSMA/CD存取過程，并使用時間片或輪詢過程來取代它。其它方案使用交換機，并采用精確的時間控制方式分配以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。盡管這些解決方案能夠比較快和比較準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包傳送到所連接的以太網(wǎng)節(jié)點，但帶寬的利用率卻很低，特別是對于典型的自動化設(shè)備，因為即使對于非常小的數(shù)據(jù)量，也必須要發(fā)送一個完整的以太網(wǎng)幀。而且，重新定向到輸出或驅(qū)動控制器，以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需的時間主要取決于執(zhí)行方式。通常也需要使用一條子總線，特別是在模塊化I/O系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)與Beckhoff K-總線一樣，通過同步子總線系統(tǒng)加快傳輸速度，但是這樣的同步將無法避免引起通訊總線傳輸?shù)难舆t。

通過采用EtherCAT技術(shù)， Beckhoff突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制：不必再像從前那樣在每個連接點接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進行解碼并復(fù)制為過程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過每一個設(shè)備（包括底層端子設(shè)備）時，EtherCAT從站控制器讀取對于該設(shè)備十分重要的數(shù)據(jù)。同樣，輸入數(shù)據(jù)可以在報文通過時插入至報文中。在幀被傳遞 （僅被延遲幾位）過去的時候，從站會識別出相關(guān)命令，并進行處理。此過程是在從站控制器中通過硬件實現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的實時運行系統(tǒng)或處理器性能無關(guān)。網(wǎng)段中的zui后一個EtherCAT從站將經(jīng)過充分處理的報文返回，這樣該報文就作為一個響應(yīng)報文由*個從站返回到主站。

從以太網(wǎng)的角度看，EtherCAT總線網(wǎng)段只是一個可接收和發(fā)送以太網(wǎng)幀的大型以太網(wǎng)設(shè)備。但是，該“設(shè)備”不包含帶下游微處理器的單個以太網(wǎng)控制器，而只包含大量的EtherCAT從站。與其它任何以太網(wǎng)一樣，EtherCAT不需要通過交換機就可以建立通訊，因而產(chǎn)生一個純粹的EtherCAT系統(tǒng)。

EtherCAT設(shè)備分主站和從站。很多工程師更關(guān)心研發(fā)的問題，主站比如是運動控制器-可以用于切割、機器人等行業(yè)，從站是IO模塊，伺服驅(qū)動器，網(wǎng)關(guān)，板卡等等。下面由于篇幅關(guān)系也只能適當(dāng)補充。具體的資料可以參考“EtherCAT伺服驅(qū)動器開發(fā)方案”+“EtherCAT主站代碼和方案”兩個文檔。

從站一般是uC+ESC（EtherCAT從站控制器）的方式，uC可以是硬核uC或者是FPGA構(gòu)建的軟核uC，ESC可以是倍?；蛘吆諆?yōu)訊的一些集成芯片，也可以是IPcore，IPcore可以跑在FPGA中。可以參考“EtherCAT伺服驅(qū)動器開發(fā)方案”，里面詳細介紹了關(guān)于EtherCAT的FPGA舉例的開發(fā)方案的例子。[1] 

從站框架圖有利于了解對整個開發(fā)流程有個全貌。

EtherCAT從站框架圖

主站一般是：RTOS+ARM/X86/ZYNQ，RTOS有很多選擇，比如Vxworks，QNX，uCOS，Linux+開源Xenomai，Linux+開源rt-preempt，Windows+INtime/RTX，winCE等等。開發(fā)出一個性能參數(shù)很優(yōu)秀的主站，比如CPU負載，抖動，zui小周期等，有幾個先決條件：選好合適的RTOS+硬件平臺，選擇優(yōu)秀的NICdriver，選好優(yōu)秀的EtherCAT主站供應(yīng)商。具體可以再參考“EtherCAT主站代碼和方案”文檔[2] 

EtherCAT主站框架圖

主站框架圖有利于了解對整個開發(fā)流程有個全貌。