Ethercat技术调研

背景

最近我们要基于Ethercat技术进行开发，首先需要了解其基本原理，github上看到了有相关实现，一起来看看吧。

Ethercat技术

速度更快

传输速率:2*100 Mbaud 全双工
高速性、高实时性 微秒级
像火车一样有帧头、帧尾，子报文长度可变，通过车厢号，座位号找到数据

运行原理：飞速传输的以太网协议

EtherCAT 主站发送一个报文，报文顺序经过所有节点。EtherCAT 从站设备高速动态地（on the fly）读取寻址到该节点的数据，并在数据帧继续传输的同时插入数据。这样，数据帧的传输延时只取决于硬件传输延时。当某一网段或分支上的最后一个节点检测到开放端口（无下一个从站）时，利用以太网技术的全双工特性，将报文返回给主站。
简单来说，帧在走的时候是不停的，经过从站交换（提取插入）数据。下图说的每一个循环中帧的报文数据构成可以不同，比如说轴数据，每一个帧都携带这样的报文，那么循环时间是非常短的。

报文结构

不同类型的子报文，逻辑化分类好的数据，从站中处理，CRC校验诊断

性能高

实时性高

Ethecat 是工业以太网

(1)基于TCP/IP实现的工业以太网仍使用TCP/IP协议栈，通过上层合理的控制来解决通信过程中的不确定因素。这种方式具有较高的传输速率，适应于大量数据通信，更适合作为网关和交换设备的应用，不能实现很好的实时性。常用的通信控制方法有:合理调度，减少冲突的概率;定义帧数据的优先级，为实时数据分配最高优先级;使用交换式以太网等。使用这种方式的典型协议有Modbus/TCP和Ethernet/IP等。
(2)基于以太网实现的工业以太网仍然使用标准的、未修改的以太网通信硬件，但是不适用TCP/IP来传输数据。它使用特定的报文进行传输。TCP/IP协议栈能使用时间控制层分发一定的时间片来利用网络资源。该类协议主要有Ethernet Powerlink, EPA C Ethernet for Plant Automation ), PROFINET IRT等。通过这种方式可以实现较好的实时性。
(3)通过修改以太网协议实现的工业以太网，实现应答时间小于lms的硬实时，从站使用特定的硬件实现。由实时MAC控制实时通道内的通信，从根本上避免报文间的冲突。非实时数据依然能在通道中按原协议通信。典型协议有德国倍福的EtherCAT、西门子的PROFINET IRT等。

使用标准帧IEEE 802.3’
可替换为UDP/IP

拓扑灵活性

数据帧结构

数据头中，包含11位的EtherCAT数据长度，1位保留位和4位类型。

数据域由许多个子报文组成。每个子报文由19字节子报文头，最多1486字节的数据和2字节WKC组成。WKC称为工作计数器，初始值为0，每次子报文被从站操作后，WKC增加1位，当报文返回主站时，主站将比较返回报文的WKC值和预期WKC值，来确定报文是否被正确处理。

PDO对象

将ＣＡＮｏｐｅｎ作为ＥｔｈｅｒＣＡＴ的应用层，在保证兼容性的同时，为了适配ＥｔｈｅｒＣＡＴ数据链路层接口，充分发挥ＥｔｈｅｒＣＡＴ的网络优势，需要对ＣＡＮｏｐｅｎ协议相应的功能扩充，然后就有了ＣＯＥ（ＣＡＮｏｐｅｎ　ｏｖｅｒ　ＥｔｈｅｒＣＡＴ）。

ＣＯＥ对象字典（ＯD）：可以这样理解，“一切信息皆对象”，比如某个数据，属性，设备ＩＤ，大小，方向，某个ＩＯ变量的值等等。对象字典就是对象的集合。每个对象都有对应的索引和索引。根据索引和子索引就能找到字典里的字（对象）。主站和从站都需要有对象字典，其目的个人理解为方便主站和从站进行信息交换。

ＲｘＰＤＯ：主站主动传输ＲｘＰＤＯ数据给从站。

ＴｘＰＤＯ：从站主动传输ＴｘＰＤＯ数据给主站。

参考博客
https://zhuanlan.zhihu.com/p/594760527
https://blog.csdn.net/qq_46211259/article/details/127232886