EtherCAT
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)
EtherCAT协议数据直接使用以太网数据帧传输,数据帧类型为0x88A4,采用主从结构,和IP协议处于一个级别(IP协议以太网数据帧类型为0x0800) ,当然在需要路由的情况下可以借用IP/UDP。
在EtherCAT网络中,当资料帧通过EtherCAT节点时,节点会复制资料,再传送到下一个节点,同时识别对应此节点的资料,则会进行对应的处理,若节点需要送出资料,也会在传送到下一个节点的资料中插入要送出的资料[2] 。每个节点接收及传送资料的时间少于1微秒,一般而言只用一个帧的资料就可以供所有的网络上的节点传送及接收资料。此处有EtherCAT网络传送原理的动画。
EtherCAT的周期时间短,是因从站的微处理器不需处理以太网的封包。所有程序资料都是由从站控制器的硬件来处理。此特性再配合EtherCAT的机能原理,使得EtherCAT可以成为高性能的分散式I/O系统:包含一千个分散式数位输入/输出的程序资料交换只需30us[2],相当于在100Mbit/s的以太网传输125个字节的资料。读写一百个伺服轴的系统可以以10 kHz的速率更新,一般的更新速率约为1–30 kHz,但也可以使用较低的更新速率,以避免太频繁的直接内存存取影响主站个人电脑的运作。
EtherCAT主站可以用软件,在标准的以太网媒体接入控制器中实现。许多供应商有提供在不同操作系统下的程式码,也有许多开源软件或共享软件。EtherCAT从站需要特殊的EtherCAT从站控制器,才能实现飞速传输(processing on the fly)的技术。EtherCAT从站控制器可以用FPGA来实现,且已有现成的代码,此控制器也可以用ASIC来实现。
EtherCAT不需要通过交换机就可以建立通讯,因而产生一个纯粹的EtherCAT系统。
EtherCAT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包,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取相应的编址数据,同样,输入数据也是在报文经过时插入至报文中(参见图2)。整个过程中,报文只有几纳秒的时间延迟。
图 2: 过程数据插入至报文中
由于发送和接收的以太网帧压缩了大量的设备数据,所以有效数据率可达90%以上。100 Mb/s TX的全双工特性完全得以利用,因此,有效数据率可 大于100 Mb/s(即大于2 x 100 Mb/s的90%)
EtherCAT UDP
符合IEEE 802.3标准的以太网协议无需附加任何总线即可访问各个设备。
灵活的拓扑结构:线型、树型或星型拓扑
同时并存的多个设备行规和协议
EtherCAT实现以太网(EoE)
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