EtherCAT的实现和应用 - 概述
发布时间：2023-02-13 14:07:09 所属栏目：应用 来源：
导读： 01 EtherCAT简介
EtherCAT是基于Ethernet的可实现实时控制的开放式网络，由德国BECKHOFF自动化公司于2003年提出，是一种工业以太网总线标准。它具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构
EtherCAT是基于Ethernet的可实现实时控制的开放式网络，由德国BECKHOFF自动化公司于2003年提出，是一种工业以太网总线标准。它具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构
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01 EtherCAT简介 EtherCAT是基于Ethernet的可实现实时控制的开放式网络，由德国BECKHOFF自动化公司于2003年提出，是一种工业以太网总线标准。它具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构。其从站节点使用专用的控制芯片，主站使用标准的以太网控制。整个EtherCAT结构包括物理层、数据链路层和应用层。 支持FoE、EoE、SoE、CoE等应用层通信协议。一般我们使用CoE操作对象字典和CoE使用PDO映射两种机制。CoE对象字典具体可以看官方《ETG.5001》，而CiA402可以看《ETG.6010》。 FoE:File Access over EtherCAT EoE:Ethernet over EtherCAT SoE:Servo drive profile over EtherCAT CoE:CAN application protocol over EtherCAT 02 系统组成 从以太网的角度来看，一个EtherCAT网段可以被简化为一个独立的以太网设备。从站可以直接处理接收的报文，并从报文中提取或者插入相关数据。然后将报文依次传递到下一个EtherCAT从站。最后一个EtherCAT从站发回完全处理后的报文，并依次逆序传递回第一个从站，且最后由第一个从站作为相应报文发送给控制单元。 网络架构 EtherCAT网络是主从结构网络，网段中可以有一个主站和一个或多个从站组成。主站是网络的控制中心，也是通信的发起者。充分利用了以太网的全双工特性。使用主从模式介质访问控制（MAC），主站发送以太网帧给各从站，从站从数据帧中抽取数据或将数据插入数据帧。主站使用标准的以太网接口卡，从站使用专门的EtherCAT从站控制器ESC（EtherCAT Slave Controller）。EtherCAT物理层使用标准的以太网物理层器件。 实际上只要RJ45网口悬空，ESC就自动闭合，产生回环了。下面这张图展示了4端口的ESC的自动回环数据帧处理过程，大家可以形象的理解自动回环这个功能。绿色线路是表示接口有连接到其他从站设备应用控制，粉色端口表示接口悬空，ESC会自动闭合，产生回环。 EtherCAT主站组成 EtherCAT主站使用标准的以太网控制器，包括MAC、PHY、隔离变压器及RJ45接口。一般带网卡的电脑都包含这些部分，推荐使用兼容性更好的Intel网卡。EtherCAT主站的应用实现可以用TwinCAT组态软件来实现，可以用其实现控制程序以及人机界面程序。 EtherCAT从站组成 EtherCAT从站设备主要完成EtherCAT通信和控制应用两大功能。EtherCAT完成控制、反馈任务还需要从站MCU主导完成。通常是通过MCU从ESC读取控制数据，从而实现设备控制的功能，或者将设备反馈的数据写入ESC，并返回给主站。由于整个通信过程数据交换完全由ESC处理，与MCU响应时间无关，可以使用各种MCU、DSP或者ARM等。而PHY芯片是用来实现ESC的MII物理层接口，同时需要隔离变压器等标准以太网器件。 从站的通信功能是通过从站ESC实现的。EtherCAT通信控制器ESC使用双端口存储区实现EtherCAT数据帧的数据交换，各个从站的ESC在各自的环路物理位置通过顺序移位读写数据帧。报文经过从站时，ESC从报文中提取要接收的数据存储到ESC内部存储区,要发送的数据又从其内部存储区写到相应的子报文中。数据的读取和插入都是由硬件 FMMU（现场总线内存管理单元）自动来完成，速度很快。 03 从站控制器从站控制器功能（以ET1100为例） EtherCAT从站控制器(EtherCAT Slave Controller)，是提供通信接口给EtherCAT网络与主控制器(设备应用控制器)或数字I/O(如果不使用主机控制器的情况)之间通信的控制器。ESC能够用ASIC或带有IP核的FPGA实现。ESC的功能包括EtherCAT接口、EtherCAT处理单元、自动转发、回环功能、FMMU、SM、监控单元、复位单元、PHY、DC、存储单元、PDI、EEPROM和状态LEDs等部分。 PDI接口 PDI接口可以配置成不同接口类型。使用MCU和ESC的配置时，PDI接口一般配置为SPI从机接口（倍福官方SSC栈代码也是配置为SPI从机接口模式）。各模式如下表所示，PDI控制寄存器的值由复位时EEPROM地址0的数据决定。 MII接口 ET1100采用MII接口与以太网PHY连接。MI_DATA和外部PHY相连时应接一个外部上拉电阻。MI_CLK信号是轨对轨的，空闲值为高。MII接口特性配置值由配置引脚决定。 PHY接口 ET1100的PHY接口使用时要注意PHY地址的硬件设置。另外PHY的时钟源可以接CEX100输出的CLK25OUT1/2时钟源，也可以外接时钟。PHY接口特性配置值由配置引脚决定。 EEPROM接口 EEPROM采用IIC接口通信，其中EEPROM_CLK和EEPROM_DATA需要3.3KΩ的上拉电阻。 配置引脚 配置引脚在上电时作为输入由ET1100锁存配置信息。上电之后这些引脚都有分配好的操作功能，必要时引脚信号方向也可以改变。下图展示所有的配置引脚。这些配置引脚外接上拉或下拉电阻。外接下拉电阻时，配置信号为0。外接上拉电阻时，配置信号为1。 存储空间 EtherCAT从站控制器CEX100有64KB的地址空间。第一个4KB的地址块(0x0000 : 0x0FFF)专用于寄存器，而过程数据RAM为8KB(0x1000 : 0x2FFF)，下面列举一些关键的地址。 （编辑：百客网 - 域百科网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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