歡迎回到“如何選擇合適的工業以太網標準”的第二部分，這個博客系列主要針對那些已經決定在他們的系統中利用工業以太網優勢的工程師們。這個系列將涵蓋數個常見的工業以太網通信協議，以幫助你為應用選擇最佳的標準。你也可以閱讀上一篇關于Sercos III的博文。

在這一部分中，我將詳細介紹EtherCAT、它的終端應用，以及它的工作方式。

德國倍福自動化公司 （Beckoff Automation） 發明了EtherCAT。自從2003年以來，它一直處于EtherCAT技術組 （ETG） 框架之下，而EtherCAT技術組是一個由大約2600家成員公司組成的工業現場總線組織。

EtherCAT常見于工廠自動化、半導體工具、包裝機器人技術以及其它應用領域。我最喜歡的一個非工業應用示例就是迪斯尼內的水舞水幕秀，其中由EtherCAT來控制燈光顯示。

在技術層面，EtherCAT是如圖1中顯示的主從網絡架構。EtherCAT從器件具有2個以太網連接器，以支持一個簡單的線路拓撲。為了達到冗余的目的，也可以支持環形拓撲，在這個情況下，EtherCAT主器件必須要有2個以太網端口。一個EtherCAT網絡能夠支持多達65535個從器件。

圖1：具有EtherCAT數據幀流程的EtherCAT主從示例網絡

只有EtherCAT主器件生成一個EtherCAT數據幀；所有從器件接收和處理這個數據幀。最后一個從器件回送這個EtherCAT數據幀，而這個數據幀在經歷所有從器件（無需進一步處理）后，返回到主器件。這個EtherCAT數據幀已經為每個從器件的數據處理預留了空間，而所有的從器件都不會更改數據幀本身的長度。這有點兒像為乘客準備了多個車廂和座位的火車一樣，每個從器件都有一個指定的車廂或指定的座位。EtherCAT允許到“座位”層的尋址—而數據處理是在數據位上進行的。

一個EtherCAT主器件只需要一個標準以太網MAC外設，這是因為主器件在實時處理EtherCAT數據幀方面沒有特定的需要。主器件只需要用準確的時基來觸發啟動EtherCAT數據幀。

一個EtherCAT從器件需要特定的以太網硬件 （EtherCAT MAC） 支持—通常的實現方式是圖2中所示的專門用途集成電路 （ASIC） 或現場可編程門陣列 （FPGA） –這是因為它需要處理在運行過程中進入的EtherCAT數據幀。這意味著EtherCAT MAC在進行數據幀接收的同時，要處理EtherCAT數據幀。典型的EtherCAT器件在已接收和已發送數據幀之間具有1μs的端口到端口延遲。

圖2：具有一個ASIC/FPGA和外部處理器的EtherCAT從器件

EtherCAT標準在EtherCAT網絡中不支持其它類型的以太網數據幀。這主要是為了保持實時以太網通道的暢通，用于EtherCAT數據幀的處理。在EtherCAT網絡中有非EtherCAT數據幀（與EtherCAT不匹配的以太網類型）的情況下，EtherCAT從器件將通過使數據幀校驗和 （CRC） 無效來銷毀這個數據幀。這使得非EtherCAT數據幀在標準以太網器件中無法使用，而它們將最終停止“污染”EtherCAT網絡。

通過將以太網數據幀封裝在一個EtherCAT數據幀內，可以在EtherCAT網絡中傳送標準以太網數據幀（傳輸控制協議/互聯網協議 （TCP/IP），用戶數據報協議 （UDP））。這通過位于EtherCAT主機處理器協議棧頂端的不同EtherCAT系統配置完成。其中的一個示例系統配置就是用EtherCAT實現以太網。

EtherCAT器件的其它特性和功能包括：

分布時鐘—從器件和主器件上的高精度時間同步方法。

支持環回的快速鏈路斷開檢測（需要以太網物理層 （PHY） 收發器支持）--當以太網PHY檢測到一個鏈路斷開時，它通知EtherCAT硬件。在10μs內，EtherCAT硬件將環回EtherCAT數據幀。請查看TI的TLK1xx以太網PHY收發器系列，這個系列的器件支持快速鏈路斷開特性。

在EtherCAT中使用ASIC或FPGA會增加成本和電路板面積。一個替代的解決方案就是使用許多TI Sitara處理器中的PRU-ICSS外設。例如，TI提供針對AM335x處理器的PRU-ICSS固件，從而使EtherCAT從器件無需使用一個外部FPGA（圖3）。你可以用TMDSICE3359評估板來評估TI的EtherCAT從器件解決方案。

圖3：集成了TI Sitara處理器的EtherCAT從器件

我希望這篇博文能夠使你對EtherCAT的功能性有所了解。要了解與工業以太網標準相關的更多內容，一定不要忘了閱讀本系列中的其它博文。