EtherCAT - 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線
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3.9.1 EtherCAT實現(xiàn)CANopen (CoE)
CANopen設備和應用行規(guī)廣泛用于多種設備類別和應用，如I/O組件、驅動、編碼器、比例閥、液壓控制器，以及用于塑料或紡織行業(yè)的應用行規(guī)等。EtherCAT可以提供與CANopen機制[7]相同的通訊機制，包括對象字典、PDO（過程數(shù)據(jù)對象）、SDO（服務數(shù)據(jù)對象），甚至于網(wǎng)絡管理。因此，在已經(jīng)安裝了CANopen的設備中，僅需稍加變動即可輕松實現(xiàn)EtherCAT，絕大部分的CANopen固件都得以重復利用。并且，可以選擇性地擴展對象，以便利用EtherCAT所提供的巨大帶寬。
3.9.2 EtherCAT實施伺服驅動設備行規(guī)IEC 61491 (SoE)
SERCOS interfaceTM* 是全球公認的、用于高性能實時運行系統(tǒng)的通訊接口，尤其適用于運動控制的應用場合。用于伺服驅動和通訊技術的SERCOS框架屬于IEC 61491標準[8] 的范疇。該伺服驅動框架可以輕松地映射到 EtherCAT中，嵌入于驅動中的服務通道、全部參數(shù)存取以及功能都基于EtherCAT郵箱（參見圖10）。在此，關注焦點還是EtherCAT與現(xiàn)有協(xié)議的兼容性（IDN的存取值、屬性、名稱、單位等），以及與數(shù)據(jù)長度限制相關的擴展性。過程數(shù)據(jù)，即形式為AT和MDT的SERCOS數(shù)據(jù)，都使用EtherCAT從站控制器機制進行傳送，其映射與SERCOS映射相似。并且，EtherCAT從站的設備狀態(tài)也可以非常容易地映射為SERCOS協(xié)議狀態(tài)。
圖10: 同時并存的多個設備行規(guī)和協(xié)議
EtherCAT技術不僅完全兼容以太網(wǎng)，而且在“設計”之初就具備良好的開放性特征——該協(xié)議可以在相同的物理層網(wǎng)絡中包容其它基于以太網(wǎng)的服務和協(xié)議，通常可將其性能損失降到最小。對以太網(wǎng)的設備類型沒有限制，設備可通過交換機端口在EtherCAT段內(nèi)進行連接。以太網(wǎng)幀通過EtherCAT協(xié)議開通隧道，這也正是VPN、 PPPoE (DSL) 等因特網(wǎng)應用所普遍采取的方法。EtherCAT網(wǎng)絡對以太網(wǎng)設備而言是完全透明的，其實時特性也不會發(fā)生畸變（參見圖11）。
圖11: 對所有以太網(wǎng)協(xié)議完全透明
3.11 EtherCAT實現(xiàn)文件讀取(FoE)
這種簡單的協(xié)議與TFTP類似，允許存取設備中的任何數(shù)據(jù)結構。因此，無論設備是否支持TCP/IP，都有可能將標準化固件上載到設備上。
4. 基礎設施成本
由于EtherCAT無需集線器和交換機，因此，在環(huán)境條件允許的情況下，可以節(jié)省電源、安裝費用等設備方面的投資，只需使用標準的以太網(wǎng)電纜和價格低廉的標準連接器即可。如果環(huán)境條件有特殊要求，則可以依照IEC標準，使用增強密封保護等級的連接器。
5. EtherCAT 實施
EtherCAT技術是面向經(jīng)濟的設備而開發(fā)的，如I/O 端子、傳感器和嵌入式控制器等。EtherCAT使用遵循IEEE802.3標準的以太網(wǎng)幀。這些幀由主站設備發(fā)送，從站設備只是在以太網(wǎng)幀經(jīng)過其所在位置時才提取和/或插入數(shù)據(jù)。因此，EtherCAT 使用標準的以太網(wǎng)MAC，這正是其在主站設備方面智能化的表現(xiàn)。同樣，EtherCAT在從站控制器中使用專用芯片，這也是其在從站設備方面智能化的表現(xiàn)——無論本地處理能力是否強大或軟件品質好壞與否，專用芯片均可在硬件中處理過程數(shù)據(jù)協(xié)議，并提供最佳實時性能。
5.1 >主站
EtherCAT可以在單個以太網(wǎng)幀中最多實現(xiàn)1486字節(jié)的分布式過程數(shù)據(jù)通訊。其它解決方案一般是，主站設備需要在每個網(wǎng)絡周期中為各個節(jié)點處理、發(fā)送和接收幀。而EtherCAT系統(tǒng)與此不同之處在于，在通常情況下，每周期僅需要一個或兩個幀即可完成所有節(jié)點的全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專用的通訊處理器。主站功能幾乎不會給主機CPU帶來任何負擔，輕松處理這些任務的同時，還可以處理應用程序，因此EtherCAT 無需使用昂貴的專用有源插接卡，只需使用無源的NIC卡或主板集成的以太網(wǎng)MAC設備即可。EtherCAT主站很容易實現(xiàn)，尤其適用于中小規(guī)模的控制系統(tǒng)和有明確規(guī)定的應用場合。
例如，如果某個單個過程映像的PLC沒有超過1486 字節(jié)，那么在其周期時間內(nèi)循環(huán)發(fā)送這個以太網(wǎng)幀就足夠了。因為報文頭運行時不會發(fā)生變化，所以只需將常數(shù)報文頭插入到過程映像中，并將結果傳送到以太網(wǎng)控制器即可。
EtherCAT映射不是在主站產(chǎn)生，而是在從站產(chǎn)生（外圍設備將數(shù)據(jù)插入所經(jīng)以太網(wǎng)幀的相應位置），因此，此時過程映像已經(jīng)完成排序。該特性進一步減輕了主機CPU的負擔?？梢钥吹剑珽therCAT主站完全在主機CPU中采用軟件方式實現(xiàn)，相比之下，傳統(tǒng)的慢速現(xiàn)場總線系統(tǒng)通過有源插接卡方可實現(xiàn)主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀的主機資源。
系統(tǒng)配置工具（通過生產(chǎn)商獲取）可提供包括相應的標準 XML 格式啟動順序在內(nèi)的網(wǎng)絡和設備參數(shù)。
圖12: 主站實施的單個過程映像
可通過生產(chǎn)商獲取主站代碼、實現(xiàn)服務和技術支持，可用于多種硬件平臺與操作系統(tǒng)?？傻顷慐therCAT網(wǎng)站[1]，了解該方面信息。EtherCAT網(wǎng)站還提供開放的源代碼實現(xiàn)方式和相應的RTOS開放源代碼。
5.1.2 主站樣本代碼
另一種EtherCAT主站的實現(xiàn)方式是使用樣本代碼，花費不高。軟件以源代碼形式提供，包括所有的EtherCAT主站功能，甚至還包括EoE（EtherCAT實現(xiàn)以太網(wǎng)）功能。開發(fā)人員只要把這些應用于Windows環(huán)境的代碼與目標硬件及所使用的RTOS加以匹配就可以了。該軟件代碼已經(jīng)成功應用于多個系統(tǒng)。
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