EtherCAT从会到不会——概述（1）
本来还想着起什么名字，但是对比起内容，名字什么的一点都不重要。
最近我又想起要写点什么东西防止最后什么都不剩下。那就从EtherCAT开始吧！
什么是EtherCAT
老生常谈了
EtherCAT，全称Ethernet for Control Automation Technology
OK，那它是一种基于以太网的自动化控制的技术。他老爸是德国倍福（Beckhoff）公司。
它是一种实时以太网总线，主要用于工业现场设备的控制，如IO、传感器、变频器、伺服等。
问题： 那他跟标准的以太网有什么区别吗？
回答：那当然有区别啦（高傲脸）。有区别，但是它完全兼容标准的以太网（IEEE 802.3以太网标准）
特点
- 速度快，超过100M/s。
- 传输数据量大，最大1498 byte。
- 传输距离长，设备之间最大长度为100m。
- 拓扑方式多样，线型、星型、树型、菊花链。
- 更新周期小，小于1ms。（市面上常见最小同步周期为125us）
- 同步性能好，小于1us。
- 连接设备数量多，最多65535。
系统架构及工作原理
系统架构：EtherCAT系统由一个主站和多个从站组成。
工作原理：主站将所有给从站的数据打包，并放进一个封包中。该封包会按照连接顺序依次通过所有的从站，各从站会处理所经过的封包，最后再返回主站。这样就完成了一次通讯数据的交换，而每一个周期都会完成一次这样的通讯。
速度快：On the Fly（飞速传输）
通过On the Fly（飞速传输）技术，有效得提高带宽的利用率。
- 主站把所有从站需要通讯的数据全部打包成一个封包，然后再发出。所以封包的效率达到90%以上。
- 使用专用ESC（EtherCAT Slave Controller）硬件实现数据交换（纳秒级），带来超低的通讯延时。
我们经常会用列车来形容这种通讯方式。每一个EtherCAT封包可以看作一个“车厢”，每个数据看作为"乘客"，列车按照一定的顺序行驶过各个“站台”（即从站）。当列车到站时，“乘客”就会自动上下“车厢”。列车经过了所有“站台”后就会返回“起始站”（即主站），此时就完成了一次数据通讯。
同步好：Distributed Clocks（分布式时钟）
所谓的分布式时钟（DC）就是总线上找到一个参考时钟，然后测试出所有主从站直接的通讯延时，以保证系统的同步性。
根据ETG（EtherCAT技术协会）的资料，在间隔300个节点的两个带分布式时钟的设备上，同时性约15ns。
EtherCAT总线的实现
如图所示，EtherCAT总线主要实现了物理层、数据链路层、应用层三层。
接下来，解释一下。
物理层：实现总线所需要的通讯硬件，如RJ45接口、Trafo（隔离变压器）、PHY（以太网芯片）等。
数据链路层：定义了总线直接的设备如何通讯以及数据处理。即主站与从站ESC芯片通讯完成数据的交换。
应用层：即可以用EtherCAT总线干什么事情。到这一层就是我们会听到的一些名词了。如：COE、SOE、EOE、FOE、AOE等。
应用协议介绍
COE：CANopen Over EtherCAT。
顾名思义，CANopen协议在EtherCAT上的实现。如最常听到的SDO、PDO其实都是CANopen的概念，也就是对各类从站主要的数据交互均需要依赖该应用协议来完成，所以说COE是EtherCAT上最重要的应用协议。
- CANopen是基于CAN通讯的一个通讯协议，其最基本的就是CIA 301标准。控制驱动器的标准是CIA 402。
SOE：Servo Drive Over EtherCAT
SERCOS（IEC 61800-7-204标准）在EtherCAT上的实现。SERCOS是一种实时通讯的协议，主要用于运动控制。
EOE：Ethernet Over EtherCAT
标准以太网在EtherCAT上的实现。使用 EoE 协议，可以在EtherCAT上实现以太网数据的传输，即以太网数据帧通过EtherCAT数据封包进行传输。
FOE：File access over EtherCAT
FoE 是允许在EtherCAT网络中传输文件的简易通讯协议。可以使用该协议向从站设备上传或者下载文件。
AOE：ADS over EtherCAT
ADS over EtherCAT (AoE)是由EtherCAT规范定义的客户端-服务器邮箱协议，是对EtherCAT访问非周期性数据的一种补充。例如，可以使用ADS协议将各类网关（CANopen、IOLink、Profibus等）整合进EtherCAT网络中，使得其他设备也可以访问EtherCAT设备的数据。
参考链接：