最全的PLC通讯协议解析之EtherCAT篇(3)

最全的PLC通讯协议解析之EtherCAT篇(3)

EtherCAT作为一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，其独特的运行机制使其在实时性和效率方面具有显著优势。本文将详细介绍EtherCAT的帧结构、"On the fly"处理机制及其带来的性能优势。

EtherCAT帧

与标准以太网通信一样，EtherCAT利用以太网帧在整个网络中传输数据。EtherCAT帧基于IEEE 802.3以太网标准；然而，它们是以一种特殊的方式构建的，可以针对增加的带宽和短周期的过程数据对它们进行优化。

EtherCAT帧还消除了更大的协议栈，如UDP/IP或TCP/IP，这意味着EtherCAT不是一个基于IP的协议，更类似于第2层或数据链路层协议。

EtherCAT帧或电报由以太网标头组成，后跟EtherCAT数据，并以帧检查序列（FCS）结束。EtherCAT协议通过使用以太网头中EtherType字段中的0x88A4标识符进行识别。

EtherCAT数据包含一个EtherCAT特定的头，后面跟着EtherCAT Datagram。EtherCAT标头指定后续EtherCAT数据报文的总长度和类型。EtherCAT头之后是EtherCAT数据报文，它包含将在网络中读取或写入的实际数据。这些数据包括地址规范、主机想要执行的命令类型（即读取、写入或读写）以及循环过程数据（PDO）。

单个EtherCAT帧最多可包含1498个字节。如果需要超过1498个字节，则主设备将发送多个数据帧，并且每个帧将包含标识符，该标识符用信号通知网络上的设备是否应该期望在当前帧之后的另一帧。

EtherCAT主机负责组装EtherCAT帧并通过网络发送。主机发送的每一帧都会通过网络中的每个节点（逻辑环）。此外，由于灵活的拓扑选择，不需要网络交换机或路由器，进一步降低了定时延迟和硬件成本。

On the fly

从字面上意思来看，意味着EtherCAT处理数据是“飞一般的快速”。

EtherCAT利用“On-the-fly”处理机制，只允许向所有节点发送一帧。EtherCAT主控制器组装帧并将其发送出去。在每个周期中，帧在网络中传播，在返回到主节点之前经过每个节点。帧包含从属节点的信息，包括寻址、EtherCAT命令类型（读、写或读写）和实际过程数据。当每个帧在网络中传输时，每个设备都会查找并提取寻址到它的数据，并在帧下行时将新数据插入帧中。当帧到达网络中的最后一个节点时，使用以太网的全双工功能将帧发送回主设备。

优势

EtherCAT的动态处理机制（On-the-fly）提供了许多性能和成本节约优势。例如，尽管在非常大的网络的情况下可以使用多个帧，但是单个帧通常足以向所有节点发送数据和从所有节点接收数据。此外，EtherCAT主设备是唯一允许发送新帧的设备。网络上的所有其他设备只需接收帧、处理帧并转发即可。这消除了意外的延迟，使EtherCAT适合实时应用。