EtherCAT技術原理及特點介紹
EtherCAT技術突破了其他以太網解決方案的係統限製：通過該項技術，無需接收以太網數據包，將其解碼，之後再將過程數據複製到各個設備。EtherCAT從站設備在報文經過其節點時讀取相應的編址數據，同樣，輸入數據也是在報文經過時插入至報文中（參見圖1）。整個過程中，報文隻有幾納秒的時間延遲。
圖 1: 過程數據插入至報文中
由於發送和接收的以太網幀壓縮了大量的設備數據，所以有效數據率可達90%以上。100 Mb/s TX的全雙工特性完全得以利用，因此，有效數據率可 大於100 Mb/s（即大於2 x 100 Mb/s的90%）（參見圖2）。
圖 2: 帶寬利用率的比較
符合IEEE 802.3標準的以太網協議無需附加任何總線即可訪問各個設備。耦合設備中的物理層可以將雙絞線或光纖轉換為LVDS（一種可供選擇的以太網物理層標準[4，5]），yimanzudianziduanzikuaidengmokuaihuashebeidexuqiu。zheyang，jiukeyifeichangjingjididuimokuaihuashebeijinxingkuozhanle。zhihou，biankeyiruputongyitaiwangyiyang，suishijinxingcongdibanwulicengLVDS到100 Mb/s TX物理層的轉換。
EtherCAT 技術特征協議
EtherCAT是用於過程數據的優化協議，憑借特殊的以太網類型，它可以在以太網幀內直接傳送。EtherCAT幀可包括幾個EtherCAT報文，每個報文都服務於一塊邏輯過程映像區的特定內存區域，該區域最大可達4GB字節。數據順序不依賴於網絡中以太網端子的物理順序，可任意編址。從站之間的廣播、多播和通訊均得以實現。當需要實現最佳性能，且要求EtherCAT組件和控製器在同一子網操作時，則直接以太網幀傳輸就將派上用場。
然而，EtherCAT不僅限於單個子網的應用。EtherCAT UDP將EtherCAT協議封裝為UDP/IP數據報文（參見圖3），這就意味著，任何以太網協議堆棧的控製均可編址到EtherCAT係xi統tong之zhi中zhong，甚shen至zhi通tong訊xun還hai可ke以yi通tong過guo路lu由you器qi跨kua接jie到dao其qi它ta子zi網wang中zhong。顯xian然ran，在zai這zhe種zhong變bian體ti結jie構gou中zhong，係xi統tong性xing能neng取qu決jue於yu控kong製zhi的de實shi時shi特te性xing和he以yi太tai網wang協xie議yi的de實shi現xian方fang式shi。因yin為weiUDP數據報文僅在第一個站才完成解包，所以EtherCAT網絡自身的響應時間基本不受影響。
圖 3: EtherCAT：符合IEEE 802.3 [3]的標準幀
另外，根據主/從數據交換原理，EtherCAT也非常適合控製器之間（主/從）的通訊。自由編址的網絡變量可用於過程數據以及參數、診斷、編程和各種遠程控製服務，滿足廣泛的應用需求。主站/從站與主站/主站之間的數據通訊接口也相同。
congzhandaocongzhandetongxunzeyouliangzhongjizhiyigongxuanze。yizhongjizhishi，shangyoushebeihexiayoushebeikeyizaitongyizhouqineishixiantongxun，sudufeichangkuai。youyuzhezhongfangfayutuopujiegouxiangguan，yincishiyongyuyoushebeijiagoushejisuojuedingdecongzhandaocongzhandetongxun，rudayinhuobaozhuangyingyongdeng。erduiyuziyoupeizhidecongzhandaocongzhandetongxun，zekeyicaiyongdierzhongjizhi—數據通過主站進行中繼。這種機製需要兩個周期才能完成，但由於EtherCAT的性能非常卓越，因此該過程耗時仍然快於采用其他方法所耗費的時間。
按照文獻[3]所述，EtherCAT僅使用標準的以太網幀，無任何壓縮。因此，EtherCAT 以太網幀可以通過任何以太網MAC發送，並可以使用標準工具（如：監視器）。
2 拓撲
EtherCAT幾乎支持任何拓撲類型，包括線型、樹型、星型等（參見圖4）。通過現場總線而得名的總線結構或線型結構也可用於以太網，並且不受限於級聯交換機或集線器的數量。
圖 4: 靈活的拓撲結構：線型、樹型或星型拓撲
最有效的係統連線方法是對線型、分支或樹叉結構進行拓撲組合。因為所需接口在I/O 模塊等很多設備中都已存在，所以無需附加交換機。當然，仍然可以使用傳統的、基於以太網的星型拓撲結構。
還可以選擇不同的電纜以提升連線的靈活性：靈活、經濟的標準超五類以太網電纜可采用100BASE-TX模式傳送信號；塑封光纖（PFO）則可用於特殊應用場合；還可通過交換機或介質轉換器實現不同以太網連線（如：不同的光纖和銅電纜）的完整組合。
快速以太網的物理層（100BASE-TX ）允許兩個設備之間的最大電纜長度為100米。由於連接的設備數量可高達65535，因此，網絡的容量幾乎沒有限製。
3. 分布時鍾
精確同步對於同時動作的分布式過程而言尤為重要。例如，幾個伺服軸同時執行協調運動時，便是如此。
最有效的同步方法是精確排列分布時鍾（請參閱IEEE 1588標準[6]）。與(yu)完(wan)全(quan)同(tong)步(bu)通(tong)訊(xun)中(zhong)通(tong)訊(xun)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)會(hui)立(li)刻(ke)影(ying)響(xiang)同(tong)步(bu)品(pin)質(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)相(xiang)比(bi)，分(fen)布(bu)排(pai)列(lie)的(de)時(shi)鍾(zhong)對(dui)於(yu)通(tong)訊(xun)係(xi)統(tong)中(zhong)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)的(de)相(xiang)關(guan)故(gu)障(zhang)延(yan)遲(chi)具(ju)有(you)極(ji)好(hao)的(de)容(rong)錯(cuo)性(xing)。
采用EtherCAT，數據交換就完全基於純硬件機製。由於通訊采用了邏輯環結構 （借助於全雙工快速以太網的物理層），主站時鍾可以簡單、精確地確定各個從站時鍾傳播的延遲偏移，反之亦然。分布時鍾均基於該值進行調整，這意味著可以在網絡範圍內使用非常精確的、小於1 微秒的、確定性的同步誤差時間基（參見圖5）。而跨接工廠等外部同步則可以基於IEEE 1588 標準。
圖 5: 同步性與一致性：相距電纜長度為有120米的兩個分布係統，帶有300個節點的示波器比較
ciwai，gaofenbianlvdefenbushizhongbujinkeyiyongyutongbu，haikeyitigongshujucaijidebendishijianjingquexinxi。dangcaiyangshijianfeichangduanzanshi，jishishichuxianyigehenxiaodeweizhiceliangshunshitongbupiancha，yehuidaozhisudujisuanchuxianjiaodadejieyuebianhua，liru，yundongkongzhiqitongguoshunxujiancedeweizhijisuansudubianshiruci。erzaiEtherCATzhong，yinrushijianchuoshujuleixingzuoweiyigeluojikuozhan，yitaiwangsuotigongdejudadaikuanshidegaofenbianlvdexitongshijiandeyiyuceliangzhijinxinglianjie。zheyang，sududejingquejisuanjiubuzaishoudaotongxunxitongdetongbuwuchazhiyingxiang，qijingduyaogaoyujiyuziyoutongbuwuchadetongxunceliangjishu。