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數據包。盡管這些解決方案能夠比較快和比較準確地將數據包傳送到所連接的以太網節(jié)點，但帶寬的利用率卻很低，特別是對于典型的自動化設備，因為即使對于非常小的數據量，也必須要發(fā)送一個完整的以太網幀。而且，重新定向到輸出或驅動控制器，以及讀取輸入數據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的延遲。

通過采用EtherCAT技術， Beckhoff突破了其它以太網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數據包，然后進行解碼并復制為過程數據。當幀通過每一個設備（包括底層端子設備）時，EtherCAT從站控制器讀取對于該設備十分重要的數據。同樣，輸入數據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。網段中的zui后一個EtherCAT從站將經過充分處理的報文返回，這樣該報文就作為一個響應報文由*個從站返回到主站。

從以太網的角度看，EtherCAT總線網段只是一個可接收和發(fā)送以太網幀的大型以太網設備。但是，該“設備”不包含帶下游微處理器的單個以太網控制器，而只包含大量的EtherCAT從站。與其它任何以太網一樣，EtherCAT不需要通過交換機就可以建立通訊，因而產生一個純粹的EtherCAT系統(tǒng)。

EtherCAT設備分主站和從站。很多工程師更關心研發(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，伺服驅動器，網關，板卡等等。下面由于篇幅關系也只能適當補充。具體的資料可以參考“EtherCAT伺服驅動器開發(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構建的軟核uC，ESC可以是倍福或者赫優(yōu)訊的一些集成芯片，也可以是IPcore，IPcore可以跑在FPGA中?？梢詤⒖?ldquo;EtherCAT伺服驅動器開發(fā)方案”，里面詳細介紹了關于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。