EtherCAT協(xié)議介紹PPT課件

EtherCAT,目錄,EtherCAT簡介從站結(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)行駛不會停止一直盯著“火車”通過狹窄的窗戶，我們可以看到整個火車“汽車”(次級報文)有可變的長度我們可以”提取“或者“插入“單個人（Bits）或者整個組,EtherCAT原理:以太網(wǎng)“ontheFly”,EtherCAT原理:以太網(wǎng)“ontheFly”,插入和提取過程數(shù)據(jù)的過程是持續(xù)的每個從站過程數(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)可以在每個周期中改變原來過程數(shù)據(jù)的編輯e.g.對軸控制的極短的周期,和一些較長點的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,拓撲,靈活多變的拓撲線型結(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)電纜冗余兩個設(shè)備之間可達到標準以太網(wǎng)電纜可達到的100M距離理論上可以連接多達65535個設(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),實時星型結(jié)構(gòu),電纜冗余,主站僅僅需要一個另外的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,一個從站控制器最多可以有4個端口如果一個端口關(guān)閉了，控制器主動連接下一個端口端口可以隨著EtherCAT命令主動的打開或者關(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配置和管理過程數(shù)據(jù)接口配置分布式時鐘建立AL狀態(tài)機交互,數(shù)據(jù)鏈路層概述,標準IEEE802.3以太網(wǎng)幀對主站沒有特殊需求使用標準的以太網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)IEEE注冊以太網(wǎng)幀類型:88A4h最優(yōu)幀靠前不需要IP棧簡單的主站執(zhí)行附加UDP傳輸(IANA注冊的88A4h端口)EtherCAT可以通過以太網(wǎng)進行信息傳遞使用標準的sockets在從站進行幀處理EtherCAT從站控制器通過硬件處理幀,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,不同的命令通過信息傳輸系統(tǒng)最優(yōu)化對所有存取方法的讀寫,EtherCAT命令,廣播讀每字節(jié)的個別位用引入數(shù)據(jù)和本地數(shù)據(jù)邏輯或的結(jié)果添加讀寫動作對引入數(shù)據(jù)和本地數(shù)據(jù)進行交換一對多的讀寫(RMW)被定位的站點讀其他所有站點寫,同步管理器,同步管理器維護一個DPRAM區(qū)域郵箱特點1個緩沖器的同步管理器支持握手數(shù)據(jù)溢出保護在讀之前進行寫在再次寫之前進行讀緩沖特點3緩沖器保證數(shù)據(jù)的傳輸和最新數(shù)據(jù)的存寫保留一個緩沖器用來寫保留一個相應(yīng)的緩沖器用來讀(第一次寫之前例外)一般用于過程數(shù)據(jù)傳輸最多支持16個獨立的同步管理器通道同步管理器配置注冊地址從0 x0800開始,引入分布式時鐘（DC）的目的,通過分布式時鐘精確的調(diào)整，系統(tǒng)可以達到精確的同步(1s!),外部時鐘同步：IEEE1588,通過完整的IEEE1588分界時鐘選擇端口,分布式時鐘的作用,EtherCAT設(shè)備同步定義系統(tǒng)時間開始于2000.1.100：00最小計量1ns64bit(足夠500年)低32位跨越4.2秒一般情況下，足夠信息交流和時間壓力定義一個參考時鐘一個EtherCAT從站被當作參考時鐘使用參考時鐘循環(huán)的分布他的時鐘參考時鐘根據(jù)一個全局參考時鐘IEEE1588而改變,應(yīng)用層（AL）的目的,EtherCAT狀態(tài)機設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的啟動郵箱接口和協(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)機的目的,狀態(tài)機構(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EtherCAT從站設(shè)備啟用網(wǎng)絡(luò)時初始化和錯誤處理狀態(tài)和主從站之間通信關(guān)系相一致從站設(shè)備的請求狀態(tài)和當前狀態(tài)反應(yīng)于應(yīng)用層控制和應(yīng)用層注冊中定義了五種狀態(tài):Init,Pre-Operational,Safe-Operational,OperationalBootstrap選項狀態(tài)定義了固件更新,EtherCAT狀態(tài)機,EtherCAT狀態(tài)機,Init狀態(tài)應(yīng)用層沒有數(shù)據(jù)交互主站對數(shù)據(jù)傳輸信息注冊有通路Pre-Operational狀態(tài)應(yīng)用層上的郵箱通信沒有過程數(shù)據(jù)交互Safe-Operational狀態(tài)應(yīng)用層上的郵箱通信過程數(shù)據(jù)通信，但是僅僅是輸入被評估，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,Bootstrap狀態(tài)Bootstrap狀態(tài)是可選擇的，但是在固件必要的更新時推薦選擇只能和Init進行狀態(tài)間轉(zhuǎn)換沒有過程數(shù)據(jù)通信通過應(yīng)用層的郵箱進行通信根據(jù)需要的情況對郵箱進行配置只能使用FoE協(xié)議,EtherCAT狀態(tài)機/控制和狀態(tài),從站設(shè)備的請求狀態(tài)和當前狀態(tài)反應(yīng)于應(yīng)用層控制和應(yīng)用層注冊中應(yīng)用層控制(0 x0120)初始化設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換應(yīng)用層狀態(tài)(0 x0130)設(shè)備狀態(tài)機的實際狀態(tài)應(yīng)用層狀態(tài)代碼(0 x0134)錯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)的標準方式郵箱接口是可選擇的，但是推薦使用如果過程數(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)起一個數(shù)據(jù)交互)預留兩個同步管理器通道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EtherCAT傳輸?shù)臉藴室蕴W(wǎng)幀CANopenoverEtherCAT(CoE)訪問CANopen對象字典和他的對象CANopen緊急事件和事件驅(qū)動的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(IDN),郵箱接口,一個EtherCAT幀里的數(shù)據(jù)包,從站信息接口,從站信息接口的目的,強制從站信息接口（SII）由所有能被持久保存的對象組成信息被儲存于一個EEPROM，EtherCAT從站控制器和EEPROM之間有一個SPI接口TheSII包括boot設(shè)置數(shù)據(jù)設(shè)備一致性(強制的)賣主Id,產(chǎn)品序列號,修正號,SerialNo和CoE對象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