EtherCAT从会到不会——重要概念（2）

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！

ESI（EtherCAT Slave Information）文件

每个EtherCAT从站都有其自己的ESI文件（XML配置文件），该文件说明了从站所提供的功能、属性等数据。主站可以根据档案内部的数据对从站进行初始化设置。

所以EtherCAT主站必须获取从站ESI文件的信息，否则无法对从站进行控制。

通讯模式

周期性数据（Process Data）

由于EtherCAT一般采用COE协议对从站进行周期性数据的交换。所以如不特殊说明，一般讲EtherCAT通讯的周期数据，都是指PDO。主站通过与从站交互PDO数据从而实现对从站设备的实时控制。

非周期性数据（Mailbox）

同理，非周期数据一般就指代SDO。

分布式时钟（Distribute Clock）

为什么需要分布式时钟

EtherCAT网络为多个设备彼此串接而形成，所有通讯的数据需要一站一站依次通过，这会导致不同从站收到数据时间点也会不一致。为了实现各个从站（轴）动作的一致性，所以需要调整各个从站本地时钟（local time）的偏移以达到时间同步。

一般以主站连接到的第一个拥有DC功能的从站时钟作为参考时钟（reference clock）。

实现DC同步

要实现DC总共分为3步

第一步：传输延时（Propagation delay）测量

• 主站发送广播指令给全部从站，从站收到指令时会记录下此时的从站本地时钟（local time）。
• 主站读取每一个从站的本地时钟，根据拓扑关系计算出各个从站与参考时钟之间传输延迟时间，然后将传输延迟时间写入从站的寄存器（system time delay register）。

第二步：时钟偏移（offset）补偿

• 主站比较从站的本地时钟与参考时钟，就能算出各个从站的相对偏移，然后将偏移值算入从站寄存器（system time offset register），这样就算出了绝对系统时钟（absolute system time）

第三步：漂移（driff）补偿

• 静态漂移补偿：主站通过在传输时延和偏移补偿之后，单独向从站多次（15000次）发送单独的帧来进行校对。
• 动态漂移补偿：周期性读取参考时钟，与其他从站本地时钟比较进行漂移修正。

EtherCAT同步模式

• Free Run Mode（主站与从站之间不同步）
• SyncManager Mode（从站收到 Sync Event 后产生中断）
• DC Mode（周期性产生Sync0信号去中断）

DC模式运行举例

各个从站由于接线的顺序获取到数据的时间是不一致的，但是触发动作的 Sync0 中断信号是同时的。

状态机

如上是EtherCAT总线运行的状态机。
一个从站的运行必须依次经历这四种状态，即Init（初始化） -> Pre-Operational（预运行） -> Safe-Operational（安全运行） -> Opreational（运行）

当从站设备处于Opreational（运行）状态时，EtherCAT主站才可以对从站进行周期性数据的交互。

状态机动作描述

状态\切换	描述
Init（初始化）	1. AL无通讯 2. 主站初始化ESC寄存器
Init to Pre-Op（IP）	1. 主站配置DL地址寄存器 2. 主站配置 Mailbox 通道参数 3. 主站初始化 Distribute Clock 同步 4. 主站设置AL Control register请求跳转至Pre-Op状态
Pre-Operational（预运行）	1. AL Mailbox 通讯启动
Pre-Op to Safe-Op（PS）	1. 主站使用 Mailbox 初始化 Process Data Mapping 2. 主站配置 Process Data 通讯的 SyncManager 通道 3. 主站配置 FMMU 4. 主站设置AL Control register请求跳转至Safe-Op状态
Safe-Operational（安全运行）	1. AL Mailbox 通讯进行 2. Process Data只允许写入，不产生输出信号
Safe-Op to Op（SO）	1. 主站发送有效输出数据 2. 主站设置AL Control register请求跳转至Op状态
Operational	1. Process Data、Mailbox通讯全部有效

参考资料：

• ET1100datasheet