EtherCAT - 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線
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圖4: EtherCAT：符合IEEE 802.3 [3]的標準幀
從站到從站的通訊則有兩種機制以供選擇。一種機制是，上游設(shè)備和下游設(shè)備可以在同一周期內(nèi)實現(xiàn)通訊，速度非?？臁Ｓ捎谶@種方法與拓撲結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此適用于由設(shè)備架構(gòu)設(shè)計所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應(yīng)用等。而對于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機制—數(shù)據(jù)通過主站進行中繼。這種機制需要兩個周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過程耗時仍然快于采用其他方法所耗費的時間。
按照文獻[3]所述，EtherCAT僅使用標準的以太網(wǎng)幀，無任何壓縮。因此，EtherCAT 以太網(wǎng)幀可以通過任何以太網(wǎng)MAC發(fā)送，并可以使用標準工具（如：監(jiān)視器）。
3.2 拓撲
EtherCAT幾乎支持任何拓撲類型，包括線型、樹型、星型等（參見圖5）。通過現(xiàn)場總線而得名的總線結(jié)構(gòu)或線型結(jié)構(gòu)也可用于以太網(wǎng)，并且不受限于級聯(lián)交換機或集線器的數(shù)量。
圖5: 靈活的拓撲結(jié)構(gòu)：線型、樹型或星型拓撲
還可以選擇不同的電纜以提升連線的靈活性：靈活、經(jīng)濟的標準超五類以太網(wǎng)電纜可采用100BASE-TX模式傳送信號；塑封光纖（PFO）則可用于特殊應(yīng)用場合；還可通過交換機或介質(zhì)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)不同以太網(wǎng)連線（如：不同的光纖和銅電纜）的完整組合。
快速以太網(wǎng)的物理層（100BASE-TX ）允許兩個設(shè)備之間的最大電纜長度為100米。由于連接的設(shè)備數(shù)量可高達65535，因此，網(wǎng)絡(luò)的容量幾乎沒有限制。
3.3. 分布時鐘
精確同步對于同時動作的分布式過程而言尤為重要。例如，幾個伺服軸同時執(zhí)行協(xié)調(diào)運動時，便是如此。 最有效的同步方法是精確排列分布時鐘（請參閱IEEE 1588標準[6]）。與完全同步通訊中通訊出現(xiàn)故障會立刻影響同步品質(zhì)的情況相比，分布排列的時鐘對于通訊系統(tǒng)中可能存在的相關(guān)故障延遲具有極好的容錯性。
采用EtherCAT，數(shù)據(jù)交換就完全基于純硬件機制。由于通訊采用了邏輯環(huán)結(jié)構(gòu) （借助于全雙工快速以太網(wǎng)的物理層），主站時鐘可以簡單、精確地確定各個從站時鐘傳播的延遲偏移，反之亦然。分布時鐘均基于該值進行調(diào)整，這意味著可以在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)使用非常精確的、小于1 微秒的、確定性的同步誤差時間基（參見圖6）。而跨接工廠等外部同步則可以基于IEEE 1588 標準。
圖6: 同步性與一致性：相距電纜長度為有120米的兩個分布系統(tǒng)，
帶有300個節(jié)點的示波器比較
3.4 性能
EtherCAT使網(wǎng)絡(luò)性能達到了一個新境界。借助于從站硬件集成和網(wǎng)絡(luò)控制器主站的直接內(nèi)存存取，整個協(xié)議的處理過程都在硬件中得以實現(xiàn)，因此，完全獨立于協(xié)議堆棧的實時運行系統(tǒng)、CPU 性能或軟件實現(xiàn)方式。1000個I/O的更新時間只需30 μs，其中還包括I/O周期時間（參見表1）。單個以太網(wǎng)幀最多可進行1486字節(jié)的過程數(shù)據(jù)交換，幾乎相當于12000個數(shù)字輸入和輸出，而傳送這些數(shù)據(jù)耗時僅為300 μs。
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