ethercat

1、EtherCAT,目錄,EtherCAT 簡介從站結(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、”,類似高速列車:? “火車 ”(Ethernet 幀) 行駛不會停止? 一直盯著“火車”通過狹窄的窗戶，我們可以看到整個火車? “汽車” (次級報文) 有可變的長度? 我們可以”提取“或者“插入“單個人（Bits） 或者整個組,EtherCAT原理: 以太網(wǎng) “on the Fly”,EtherCAT原理: 以太網(wǎng) “on the Fly”,插入和提取過程數(shù)據(jù)的過程是持續(xù)的每個從站過程數(shù)據(jù)的大小幾乎沒有限制 (1 B

4、it到60 Kbyte, 在需要的情況下可以使用很多幀)可以在每個周期中改變原來過程數(shù)據(jù)的編輯 e.g. 對軸控制的極短的周期, 和一些較長點的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,拓撲,靈活多變的拓撲 – 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) – 樹形結(jié)構(gòu) – 星型結(jié)構(gòu) – 電纜冗余兩個設(shè)備之間可達到標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜可達到的10

5、0M距離理論上可以連接多達65535個設(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,樹形結(jié)構(gòu),實時星型結(jié)構(gòu),電纜冗余,主站僅僅需要一個另外的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,一個從站控制器最多可以有4個端口如果一個端口關(guān)閉了，控制器主動連接下一個端口端口可以隨著EtherCAT命令主動的打開或者關(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 – 過程數(shù)據(jù)接口配置 – 分布式時鐘 – 建立 AL 狀態(tài)機交互,數(shù)據(jù)鏈路層概述,標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3 以太網(wǎng)幀 – 對主站沒有特殊需求 – 使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)IEEE 注冊 以太網(wǎng)幀類型: 88A4h – 最優(yōu)幀靠前 – 不需要IP棧 – 簡單的主站

8、執(zhí)行 附加 UDP傳輸 (IANA 注冊的88A4h端口) – EtherCAT 可以通過以太網(wǎng)進行信息傳遞 – 使用標(biāo)準(zhǔn)的 sockets在從站進行幀處理 – EtherCAT從站控制器通過硬件處理幀,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,不同的命令通過信息傳輸系統(tǒng)最優(yōu)化對所有存取方法的讀寫,EtherCAT命令,廣播讀 – 每字節(jié)的個別位用引入數(shù)據(jù)和本地數(shù)據(jù)邏輯或的結(jié)果添加 讀

10、寫動作 – 對引入數(shù)據(jù)和本地數(shù)據(jù)進行交換一對多的讀寫 (RMW) – 被定位的站點讀其他所有站點寫,同步管理器,同步管理器維護一個 DPRAM 區(qū)域郵箱特點 – 1個緩沖器的同步管理器支持握手 – 數(shù)據(jù)溢出保護 – 在讀之前進行寫 – 在再次寫之前進行讀緩沖特點 – 3緩沖器保證數(shù)據(jù)的傳輸和最新數(shù)據(jù)的存寫 – 保留一個緩沖器用來寫 – 保留一個相應(yīng)的緩沖器

11、用來讀 (第一次寫之前例外) – 一般用于過程數(shù)據(jù)傳輸 最多支持16個獨立的同步管理器通道 同步管理器配置注冊地址從 0x0800開始,引入分布式時鐘（DC）的目的,通過分布式時鐘精確的調(diào)整，系統(tǒng)可以達到精確的同步(<< 1 μs!),外部時鐘同步：IEEE1588,通過完整的IEEE1588分界時鐘選擇端口,分布式時鐘的作用,EtherCAT設(shè)備同步定義系統(tǒng)時間 – 開始于2000.1.1 00：

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

13、 – 設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的啟動郵箱接口和協(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)機的目的,狀態(tài)機構(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EtherCAT從站設(shè)備啟用網(wǎng)絡(luò)時初始化和錯誤處理狀態(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)用層注冊中定義了五種狀態(tài): – ‘Init’, ‘Pre-Operational’, ‘Safe-Operational’,‘Operational’ – ‘Bootstr

15、ap’ 選項狀態(tài)定義了固件更新,EtherCAT狀態(tài)機,EtherCAT狀態(tài)機,‘Init’狀態(tài) 應(yīng)用層沒有數(shù)據(jù)交互 主站對數(shù)據(jù)傳輸信息注冊有通路‘Pre-Operational’狀態(tài)應(yīng)用層上的郵箱通信沒有過程數(shù)據(jù)交互‘Safe-Operational’狀態(tài) 應(yīng)用層上的郵箱通信 過程數(shù)據(jù)通信，但是僅僅是輸入被評估，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,‘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推薦選擇 只能和‘Init’進行狀態(tài)間轉(zhuǎn)換沒有過程數(shù)據(jù)通信通過應(yīng)用層的郵箱進行通信根據(jù)需要的情況對郵箱進行配置只能使用FoE協(xié)議,EtherCAT狀態(tài)機/控制和狀態(tài),從站設(shè)備的請求狀態(tài)和當(dāng)前狀態(tài)反應(yīng)于應(yīng)用層控制和應(yīng)用層注冊中 – 應(yīng)用層控制 (0x0120) 初始化設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 – 應(yīng)用層狀態(tài) (0x01

17、30) 設(shè)備狀態(tài)機的實際狀態(tài) – 應(yīng)用層狀態(tài)代碼 (0x0134) 錯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)起一個數(shù)據(jù)交互) 預(yù)留兩個同步管理器通道 – 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)議的類型,Ethernet over EtherCAT (EoE) – 通過EtherCAT傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀 CANopen over EtherCAT (CoE) –訪問CANopen對象字典和他的對象 – CANopen緊急事件

19、 和事件驅(qū)動的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 (IDN),郵箱接口,一個 EtherCAT幀里的數(shù)據(jù)包,從站信息接口,,從站信息接口的目的,強制從站信息接口（SII）由所有能被持久保存的對象組成信息被儲存于一個 EEPROM，EtherCAT 從

20、站控制器 和 EEPROM之間有一個SPI接口The SII包括 – boot設(shè)置數(shù)據(jù) – 設(shè)備一致性 (強制的) 賣主 Id, 產(chǎn)品序列號, 修正號, Serial No 和 CoE 對象 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