EtherCAT協(xié)議介紹PPT課件

EtherCAT,目錄,EtherCAT簡(jiǎn)介從站結(jié)構(gòu)DeviceModelPhysicalLayerDataLinkLayerFrameStructureAddressing,CommandsMemory,SyncManager,FMMUsDiagnosisDistributedClocksApplicationLayerStateMachineMailbox(MailboxProtocols)SlaveInformationInterface(EEPROM)DeviceProfilesDeviceDescriptionTools(ConfigurationTool,Monitor,)EtherCATMasterStandard&References,EtherCAT原理:以太網(wǎng)“ontheFly”,類似高速列車:“火車”(Ethernet幀)行駛不會(huì)停止一直盯著“火車”通過(guò)狹窄的窗戶，我們可以看到整個(gè)火車“汽車”(次級(jí)報(bào)文)有可變的長(zhǎng)度我們可以”提取“或者“插入“單個(gè)人（Bits）或者整個(gè)組,EtherCAT原理:以太網(wǎng)“ontheFly”,EtherCAT原理:以太網(wǎng)“ontheFly”,插入和提取過(guò)程數(shù)據(jù)的過(guò)程是持續(xù)的每個(gè)從站過(guò)程數(shù)據(jù)的大小幾乎沒有限制(1Bit到60Kbyte,在需要的情況下可以使用很多幀)可以在每個(gè)周期中改變?cè)瓉?lái)過(guò)程數(shù)據(jù)的編輯e.g.對(duì)軸控制的極短的周期,和一些較長(zhǎng)點(diǎn)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?fù)?靈活多變的拓?fù)渚€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(gè)設(shè)備之間可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜可達(dá)到的100M距離理論上可以連接多達(dá)65535個(gè)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(gè)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(shí)時(shí)星型結(jié)構(gòu),電纜冗余,主站僅僅需要一個(gè)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(píng)估板,EtherCAT控制器板,ISO/OSI模型,EtherCAT物理層,電纜：100BaseTXor100BaseFx設(shè)備內(nèi)部：E-Bus(LVDS),端口管理,一個(gè)從站控制器最多可以有4個(gè)端口如果一個(gè)端口關(guān)閉了，控制器主動(dòng)連接下一個(gè)端口端口可以隨著EtherCAT命令主動(dòng)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EEPROM通路同步管理器的配置和管理FMMU配置和管理過(guò)程數(shù)據(jù)接口配置分布式時(shí)鐘建立AL狀態(tài)機(jī)交互,數(shù)據(jù)鏈路層概述,標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3以太網(wǎng)幀對(duì)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(cè)以太網(wǎng)幀類型:88A4h最優(yōu)幀靠前不需要IP棧簡(jiǎn)單的主站執(zhí)行附加UDP傳輸(IANA注冊(cè)的88A4h端口)EtherCAT可以通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞使用標(biāo)準(zhǔn)的sockets在從站進(jìn)行幀處理EtherCAT從站控制器通過(guò)硬件處理幀,Ethernet/EtherCAT幀結(jié)構(gòu),EtherCATFrameHeader,TypeMeaning-0:保留位1:EtherCATDatagram(s)2,3:保留位4:網(wǎng)絡(luò)變量5:基于IP的郵箱6-15:供擴(kuò)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(guò)信息傳輸系統(tǒng)最優(yōu)化對(duì)所有存取方法的讀寫,EtherCAT命令,廣播讀每字節(jié)的個(gè)別位用引入數(shù)據(jù)和本地?cái)?shù)據(jù)邏輯或的結(jié)果添加讀寫動(dòng)作對(duì)引入數(shù)據(jù)和本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行交換一對(duì)多的讀寫(RMW)被定位的站點(diǎn)讀其他所有站點(diǎn)寫,同步管理器,同步管理器維護(hù)一個(gè)DPRAM區(qū)域郵箱特點(diǎn)1個(gè)緩沖器的同步管理器支持握手?jǐn)?shù)據(jù)溢出保護(hù)在讀之前進(jìn)行寫在再次寫之前進(jìn)行讀緩沖特點(diǎn)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(gè)緩沖器用來(lái)寫保留一個(gè)相應(yīng)的緩沖器用來(lái)讀(第一次寫之前例外)一般用于過(guò)程數(shù)據(jù)傳輸最多支持16個(gè)獨(dú)立的同步管理器通道同步管理器配置注冊(cè)地址從0 x0800開始,引入分布式時(shí)鐘（DC）的目的,通過(guò)分布式時(shí)鐘精確的調(diào)整，系統(tǒng)可以達(dá)到精確的同步(1s!),外部時(shí)鐘同步：IEEE1588,通過(guò)完整的IEEE1588分界時(shí)鐘選擇端口,分布式時(shí)鐘的作用,EtherCAT設(shè)備同步定義系統(tǒng)時(shí)間開始于2000.1.100：00最小計(jì)量1ns64bit(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(shí)間壓力定義一個(gè)參考時(shí)鐘一個(gè)EtherCAT從站被當(dāng)作參考時(shí)鐘使用參考時(shí)鐘循環(huán)的分布他的時(shí)鐘參考時(shí)鐘根據(jù)一個(gè)全局參考時(shí)鐘IEEE1588而改變,應(yīng)用層（AL）的目的,EtherCAT狀態(tài)機(jī)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)郵箱接口和協(xié)議設(shè)備的存取變量異步傳輸協(xié)議EthernetoverEtherCAT（EoE）CANopenoverEtherCAT（CoE）overEtherCAT（FoE）ServoDriveoverEtherCAT（SoE）從站信息接口(SII)設(shè)備特征和配置信息,EtherCAT狀態(tài)機(jī)的目的,狀態(tài)機(jī)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(duì)EtherCAT從站設(shè)備啟用網(wǎng)絡(luò)時(shí)初始化和錯(cuò)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(qǐng)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(cè)中定義了五種狀態(tài):Init,Pre-Operational,Safe-Operational,OperationalBootstrap選項(xiàng)狀態(tài)定義了固件更新,EtherCAT狀態(tài)機(jī),EtherCAT狀態(tài)機(jī),Init狀態(tài)應(yīng)用層沒有數(shù)據(jù)交互主站對(duì)數(shù)據(jù)傳輸信息注冊(cè)有通路Pre-Operational狀態(tài)應(yīng)用層上的郵箱通信沒有過(guò)程數(shù)據(jù)交互Safe-Operational狀態(tài)應(yīng)用層上的郵箱通信過(guò)程數(shù)據(jù)通信，但是僅僅是輸入被評(píng)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(jī),Bootstrap狀態(tài)Bootstrap狀態(tài)是可選擇的，但是在固件必要的更新時(shí)推薦選擇只能和Init進(jìn)行狀態(tài)間轉(zhuǎn)換沒有過(guò)程數(shù)據(jù)通信通過(guò)應(yīng)用層的郵箱進(jìn)行通信根據(jù)需要的情況對(duì)郵箱進(jìn)行配置只能使用FoE協(xié)議,EtherCAT狀態(tài)機(jī)/控制和狀態(tài),從站設(shè)備的請(qǐng)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(cè)中應(yīng)用層控制(0 x0120)初始化設(shè)備狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換應(yīng)用層狀態(tài)(0 x0130)設(shè)備狀態(tài)機(jī)的實(shí)際狀態(tài)應(yīng)用層狀態(tài)代碼(0 x0134)錯(cuò)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(guò)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(gè)數(shù)據(jù)交互)預(yù)留兩個(gè)同步管理器通道SyncManager0:主站到從站SyncManager1: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(StatePre-Operational)支持多種協(xié)議的能力,郵箱通信協(xié)議的類型,EthernetoverEtherCAT(EoE)通過(guò)EtherCAT傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀CANopenoverEtherCAT(CoE)訪問(wèn)CANopen對(duì)象字典和他的對(duì)象CANopen緊急事件和事件驅(qū)動(dòng)的PDO消息overEtherCAT(FoE)下載上傳固件和其他的一些文件ServoDriveoverEtherCAT(SoE)存取伺服輪廓檢驗(yàn)(IDN),郵箱接口,一個(gè)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(qiáng)制從站信息接口（SII）由所有能被持久保存的對(duì)象組成信息被儲(chǔ)存于一個(gè)EEPROM，EtherCAT從站控制器和EEPROM之間有一個(gè)SPI接口TheSII包括boot設(shè)置數(shù)據(jù)設(shè)備一致性(強(qiáng)制的)賣主Id,產(chǎn)品序列號(hào),修正號(hào),SerialNo和CoE對(duì)象0 x1018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,DeviceProfilesMotivation,Themainissuesofthisdevicemodelaremodelingofstructureswithinadeviceusableforalargenumberofdevicesfromverysimpleonetocomplexsub-structuredeasywayformasterandconfigurationdevicestohandlethedeviceuseofsimilarchannelprofilesinalldevicetypesshownbelow,ModularDeviceProfile,EtherCATsupportscomplexslavesE.g.deviceswithphysicalmodulestobeconnected(modulard