ethercat

1、EtherCAT,目錄,EtherCAT 簡(jiǎn)介從站結(jié)構(gòu)? Device Model? Physical Layer? Data Link Layer– Frame Structure– Addressing, Commands– Memory, SyncManager, FMMUs– Diagnosis? Distributed Clocks? Application Layer– State Machine–

2、Mailbox (Mailbox Protocols)– Slave Information Interface (EEPROM)? Device Profiles? Device Description? Tools (Configuration Tool, Monitor, …)? EtherCAT Master? Standard & References,EtherCAT原理: 以太網(wǎng) “on the Fly

3、”,類(lèi)似高速列車(chē):? “火車(chē) ”(Ethernet 幀) 行駛不會(huì)停止? 一直盯著“火車(chē)”通過(guò)狹窄的窗戶(hù)，我們可以看到整個(gè)火車(chē)? “汽車(chē)” (次級(jí)報(bào)文) 有可變的長(zhǎng)度? 我們可以”提取“或者“插入“單個(gè)人（Bits） 或者整個(gè)組,EtherCAT原理: 以太網(wǎng) “on the Fly”,EtherCAT原理: 以太網(wǎng) “on the Fly”,插入和提取過(guò)程數(shù)據(jù)的過(guò)程是持續(xù)的每個(gè)從站過(guò)程數(shù)據(jù)的大小幾乎沒(méi)有限制 (1 B

4、it到60 Kbyte, 在需要的情況下可以使用很多幀)可以在每個(gè)周期中改變?cè)瓉?lái)過(guò)程數(shù)據(jù)的編輯 e.g. 對(duì)軸控制的極短的周期, 和一些較長(zhǎng)點(diǎn)的I/O更新周期在一些不同步的情況，需要事件觸發(fā)信息,幀處理順序,拓?fù)?靈活多變的拓?fù)?– 線型結(jié)構(gòu) – 數(shù)據(jù)處理鏈型結(jié)構(gòu) – 帶分支結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理鏈結(jié)構(gòu) – 樹(shù)形結(jié)構(gòu) – 星型結(jié)構(gòu) – 電纜冗余兩個(gè)設(shè)備之間可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜可達(dá)到的10

5、0M距離理論上可以連接多達(dá)65535個(gè)設(shè)備,線型結(jié)構(gòu),任意數(shù)目的設(shè)備成直線型連接最多65535個(gè)設(shè)備,數(shù)據(jù)處理鏈型結(jié)構(gòu),帶有分支線的數(shù)據(jù)處理鏈型,樹(shù)形結(jié)構(gòu),實(shí)時(shí)星型結(jié)構(gòu),電纜冗余,主站僅僅需要一個(gè)另外的EtherCAT端口，但是可能連接所有的從站設(shè)備,EtherCAT從站結(jié)構(gòu),EtherCAT從站評(píng)估板,EtherCAT控制器板,ISO/OSI 模型,,EtherCAT 物理層,電纜：100BaseTX or 100BaseFx設(shè)

6、備內(nèi)部：E-Bus (LVDS),端口管理,一個(gè)從站控制器最多可以有4個(gè)端口如果一個(gè)端口關(guān)閉了，控制器主動(dòng)連接下一個(gè)端口端口可以隨著EtherCAT命令主動(dòng)的打開(kāi)或者關(guān)閉邏輯端口設(shè)置決定了EtherCAT幀的處理和發(fā)送順序,數(shù)據(jù)鏈路層的目的：,數(shù)據(jù)鏈路層連接物理層和應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層管理底層的通訊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) – 連接控制 – 連接收發(fā)器 (PHY) – 尋址 – 從站管理器配置 – EEPRO

7、M 通路 – 同步管理器的配置和管理 – FMMU 配置和管理 – 過(guò)程數(shù)據(jù)接口配置 – 分布式時(shí)鐘 – 建立 AL 狀態(tài)機(jī)交互,數(shù)據(jù)鏈路層概述,標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3 以太網(wǎng)幀 – 對(duì)主站沒(méi)有特殊需求 – 使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)IEEE 注冊(cè) 以太網(wǎng)幀類(lèi)型: 88A4h – 最優(yōu)幀靠前 – 不需要IP棧 – 簡(jiǎn)單的主站

8、執(zhí)行 附加 UDP傳輸 (IANA 注冊(cè)的88A4h端口) – EtherCAT 可以通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞 – 使用標(biāo)準(zhǔn)的 sockets在從站進(jìn)行幀處理 – EtherCAT從站控制器通過(guò)硬件處理幀,Ethernet / EtherCAT 幀結(jié)構(gòu),EtherCAT Frame Header,Type Meaning---------------------------------------

9、--------------------------------0: 保留位1: EtherCAT Datagram (s)2,3: 保留位4: 網(wǎng)絡(luò)變量 5: 基于 IP的郵箱6-15: 供擴(kuò)展用保留,EtherCAT 數(shù)據(jù)包頭尋址,EtherCAT尋址,EtherCAT命令,不同的命令通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)最優(yōu)化對(duì)所有存取方法的讀寫(xiě),EtherCAT命令,廣播讀 – 每字節(jié)的個(gè)別位用引入數(shù)據(jù)和本地?cái)?shù)據(jù)邏輯或的結(jié)果添加 讀

10、寫(xiě)動(dòng)作 – 對(duì)引入數(shù)據(jù)和本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行交換一對(duì)多的讀寫(xiě) (RMW) – 被定位的站點(diǎn)讀其他所有站點(diǎn)寫(xiě),同步管理器,同步管理器維護(hù)一個(gè) DPRAM 區(qū)域郵箱特點(diǎn) – 1個(gè)緩沖器的同步管理器支持握手 – 數(shù)據(jù)溢出保護(hù) – 在讀之前進(jìn)行寫(xiě) – 在再次寫(xiě)之前進(jìn)行讀緩沖特點(diǎn) – 3緩沖器保證數(shù)據(jù)的傳輸和最新數(shù)據(jù)的存寫(xiě) – 保留一個(gè)緩沖器用來(lái)寫(xiě) – 保留一個(gè)相應(yīng)的緩沖器

11、用來(lái)讀 (第一次寫(xiě)之前例外) – 一般用于過(guò)程數(shù)據(jù)傳輸 最多支持16個(gè)獨(dú)立的同步管理器通道 同步管理器配置注冊(cè)地址從 0x0800開(kāi)始,引入分布式時(shí)鐘（DC）的目的,通過(guò)分布式時(shí)鐘精確的調(diào)整，系統(tǒng)可以達(dá)到精確的同步(<< 1 μs!),外部時(shí)鐘同步：IEEE1588,通過(guò)完整的IEEE1588分界時(shí)鐘選擇端口,分布式時(shí)鐘的作用,EtherCAT設(shè)備同步定義系統(tǒng)時(shí)間 – 開(kāi)始于2000.1.1 00：

12、00 – 最小計(jì)量1ns – 64 bit (足夠500年) – 低32位跨越4.2秒 一般情況下，足夠信息交流和時(shí)間壓力 定義一個(gè)參考時(shí)鐘 – 一個(gè) EtherCAT 從站 被當(dāng)作參考時(shí)鐘使用 – 參考時(shí)鐘循環(huán)的分布他的時(shí)鐘 – 參考時(shí)鐘根據(jù)一個(gè)全局參考時(shí)鐘 – IEEE 1588而改變,應(yīng)用層（AL）的目的,EtherCAT 狀態(tài)機(jī)

13、 – 設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)郵箱接口和協(xié)議 – 設(shè)備的存取變量 – 異步傳輸 協(xié)議 – Ethernet over EtherCAT（EoE） – CANopen over EtherCAT（CoE） – Filetransfer over EtherCAT（FoE） – Servo Drive over EtherCAT（SoE）從站信息接口 (SII) – 設(shè)備

14、特征和配置信息,EtherCAT狀態(tài)機(jī)的目的,狀態(tài)機(jī)構(gòu)建于數(shù)據(jù)鏈路層定義EtherCAT從站設(shè)備一般信息狀態(tài)指定對(duì)EtherCAT從站設(shè)備啟用網(wǎng)絡(luò)時(shí)初始化和錯(cuò)誤處理狀態(tài)和主從站之間通信關(guān)系相一致從站設(shè)備的請(qǐng)求狀態(tài)和當(dāng)前狀態(tài)反應(yīng)于應(yīng)用層控制和應(yīng)用層注冊(cè)中定義了五種狀態(tài): – ‘Init’, ‘Pre-Operational’, ‘Safe-Operational’,‘Operational’ – ‘Bootstr

15、ap’ 選項(xiàng)狀態(tài)定義了固件更新,EtherCAT狀態(tài)機(jī),EtherCAT狀態(tài)機(jī),‘Init’狀態(tài) 應(yīng)用層沒(méi)有數(shù)據(jù)交互 主站對(duì)數(shù)據(jù)傳輸信息注冊(cè)有通路‘Pre-Operational’狀態(tài)應(yīng)用層上的郵箱通信沒(méi)有過(guò)程數(shù)據(jù)交互‘Safe-Operational’狀態(tài) 應(yīng)用層上的郵箱通信 過(guò)程數(shù)據(jù)通信，但是僅僅是輸入被評(píng)估，輸出置于‘Safe’狀態(tài)Operational’狀態(tài)輸入和輸出都是有效的,EtherCAT狀態(tài)機(jī),‘Bo

16、otstrap’狀態(tài)‘Bootstrap’狀態(tài)是可選擇的，但是在固件必要的更新時(shí)推薦選擇 只能和‘Init’進(jìn)行狀態(tài)間轉(zhuǎn)換沒(méi)有過(guò)程數(shù)據(jù)通信通過(guò)應(yīng)用層的郵箱進(jìn)行通信根據(jù)需要的情況對(duì)郵箱進(jìn)行配置只能使用FoE協(xié)議,EtherCAT狀態(tài)機(jī)/控制和狀態(tài),從站設(shè)備的請(qǐng)求狀態(tài)和當(dāng)前狀態(tài)反應(yīng)于應(yīng)用層控制和應(yīng)用層注冊(cè)中 – 應(yīng)用層控制 (0x0120) 初始化設(shè)備狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 – 應(yīng)用層狀態(tài) (0x01

17、30) 設(shè)備狀態(tài)機(jī)的實(shí)際狀態(tài) – 應(yīng)用層狀態(tài)代碼 (0x0134) 錯(cuò)誤原因或者其他狀態(tài)代碼,郵箱傳輸?shù)哪康?交換變量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方式郵箱接口是可選擇的，但是推薦使用如果過(guò)程數(shù)據(jù)是可設(shè)置的，或者有其他的非周期性服務(wù)，必須郵箱通信全雙工能力 (從站可以發(fā)起一個(gè)數(shù)據(jù)交互) 預(yù)留兩個(gè)同步管理器通道 – Sync Manager 0 : 主站到從站 – Sync

18、Manager 1 : 從站到主站數(shù)據(jù)交互的早期階段，郵箱方式是可利用的 (State Pre-Operational)支持多種協(xié)議的能力,郵箱通信協(xié)議的類(lèi)型,Ethernet over EtherCAT (EoE) – 通過(guò)EtherCAT傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀 CANopen over EtherCAT (CoE) –訪問(wèn)CANopen對(duì)象字典和他的對(duì)象 – CANopen緊急事件

19、 和事件驅(qū)動(dòng)的PDO消息 File Access over EtherCAT (FoE) – 下載上傳固件和其他的一些文件 Servo Drive over EtherCAT (SoE) – 存取伺服輪廓檢驗(yàn) (IDN),郵箱接口,一個(gè) EtherCAT幀里的數(shù)據(jù)包,從站信息接口,,從站信息接口的目的,強(qiáng)制從站信息接口（SII）由所有能被持久保存的對(duì)象組成信息被儲(chǔ)存于一個(gè) EEPROM，EtherCAT 從

20、站控制器 和 EEPROM之間有一個(gè)SPI接口The SII包括 – boot設(shè)置數(shù)據(jù) – 設(shè)備一致性 (強(qiáng)制的) 賣(mài)主 Id, 產(chǎn)品序列號(hào), 修正號(hào), Serial No 和 CoE 對(duì)象 0x1018里，相同的信息 – 應(yīng)用程序信息數(shù)據(jù)額外的一些數(shù)據(jù) (可選擇的) – 種類(lèi)的再分,Device Profiles – Motivation,The main

21、 issues of this device model are– modeling of structures within a device– usable for a large number of devices from verysimple one to complex sub-structured– easy way for master and configuration devices tohandle th

22、e device– use of similar channel profiles in all device typesshown below,Modular Device Profile,? EtherCAT supports complex slaves? E.g. devices with physical modules to be connected (modulardevice) or devices with d

23、ifferent operation modes (complexdevice).? The Modular Device Profile defines– A modeling of structures within a device,e.g. the Object dictionary– An easy way for master and configuration devices tohandle the devi