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EtherCAT从入门到精通(6)

发布时间:2026/11/7 8:37:15 来源:云帆数科 栏目:资讯中心
EtherCAT从入门到精通(6)
接前一篇文章EtherCAT从入门到精通5本文内容参考《工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计与应用》 郇极 刘艳强 编著 北京航空航天大学出版社工业以太网现场总线 EtherCAT 驱动程序设计及应用学习笔记_ethercat总线-CSDN博客特此致谢三、EtherCAT协议详解1. EtherCAT系统组成2EtherCAT从站组成EtherCAT从站设备同时实现通信和控制应用两部分功能其结构如下图所示EtherCAT从站组成EtherCAT从站由以下四部分组成1EtherCAT从站控制器 ESCEtherCAT从站通信控制器芯片ESC负责处理EtherCAT数据帧并使用双端口存储区实现EtherCAT主站与从站本地应用的数据交换。各个从站ESC按照各自在环路上的物理位置顺序移位读写数据帧。在报文经过从站时ESC从报文中提取发送给自己的输出命令数据并将其存储到内部存储区该输入数据从内部存储区又被写到相应的子报文中。数据的提取和插入都是由数据链路层DLL硬件完成的。注双端口存储区Dual-Port MemoryDPM又称双口RAM是一种特殊的存储器它具有两个独立的接口端口允许不同的处理器或硬件单元并行访问同一块存储区域。在EtherCAT从站通信控制器ESCEtherCAT Slave Controller 中双端口存储区被用来在EtherCAT主站 和从站本地应用之间实现高效的数据交换。ESC具有4个数据收发端口每个端口都可以收发以太网数数据帧。数据帧在ESC内部的传输顺序是固定的如下图所示.通常数据从端口0进入ESC。然后按照端口3 - 端口1 - 端口2 - 端口0的顺序依次传输。如果ESC检测到某个端口没有外部链接则自动闭合此端口。数据将自动回环并转发到下一端口。一个EtherCAT从站设备至少使用两个数据端口使用多个数据端口可以构成多种物理拓扑结构。ESC使用两种物理层接口模式MII和EBUS。MIIMII是标准的以太网物理层接口使用外部物理层芯片一个端口的传输延时约为500ns。EBUSEBUS是德国BECKHOFF公司使用LVDSLow Voltage Differential Signaling标准定义的数据传输标准可以直接连接ESC芯片不需要额外的物理层芯片从而避免了物理层的附加传输延时一个端口的传输延时约为100ns。EBUS最大传输距离为10m适用于放置距离较近的I/O设备或伺服驱动器之间的连接。2从站控制微处理器微处理器负责处理EtherCAT通信和完成控制任务。微处理器从ESC读取控制数据实现设备控制功能并采样设备的反馈数据写入ESC由主站读取。 通信过程完全由ESC处理与设备控制微处理器响应时间无关。从站控制微理器性能选择取决于设备控制任务可以使用8位、16位的单片机以及32位的高性能处理器。3物理层器件从站使用MII接口时需要使用物理层芯片PHY和隔离变压器等标准以太网物理层器件使用EBUS时不需要任何其它芯片。4其它应用层器件针对控制对象和任务需要微处理器可以连接其它控制器件。3EtherCAT物理拓扑结构在逻辑上EtherCAT网段内从站设备的布置构成一个开口的环型总线。在开口的一端主站设备直接或者通过标准以太网交换机插入以太网数据帧并在另一端接收经过处理的数据帧。所有的数据帧都被从第一个从站设备转发到后续的节点最后一个从站设备将数据帧返回到主站。EtherCAT从站的数据帧处理机制允许在EtherCAT网段内的任一位置使用分支结构、同时不打破逻辑环路。分支结构可以构成各种物理拓扑如线型、树型、星型、菊花链型以及各种拓扑结构的组合从而使设备连接布线非常灵活方便。示例图如下所示在示例图中主站发出数据帧后的传输顺序如图中数字标号①~⑭所示,其中从站⑧使用了ESC的全部四个端口构成星型拓扑。更多内容请看下回。

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