EtherCAT协议介绍实用教案

《EtherCAT协议介绍实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EtherCAT协议介绍实用教案（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 目录(ml)EtherCAT 简介( jin ji)从站结构 Device Model Physical Layer Data Link Layer Frame Structure Addressing, Commands Memory, SyncManager, FMMUs Diagnosis Distributed Clocks Application Layer State Machine Mailbox (Mailbox Protocols) Slave Information Interface (EEPROM) Device Profiles Device Description

2、 Tools (Configuration Tool, Monitor, ) EtherCAT Master Standard & References第1页/共46页第一页，共47页。EtherCAT原理(yunl): 以太网 “on the Fly”类似高速列车: “火车(huch) ”(Ethernet 帧) 行驶不会停止 一直盯着“火车(huch)”通过狭窄的窗户，我们可以看到整个火车(huch) “汽车” (次级报文) 有可变的长度 我们可以”提取“或者“插入“单个人（Bits） 或者整个组第2页/共46页第二页，共47页。 EtherCAT原理(yunl): 以太网 “on the

3、 Fly”第3页/共46页第三页，共47页。 EtherCAT原理(yunl): 以太网 “on the Fly”插入和提取过程数据的过程是持续的每个从站过程数据的大小几乎没有限制 (1 Bit到60 Kbyte, 在需要的情况(qngkung)下可以使用很多帧)可以在每个周期中改变原来过程数据的编辑 e.g. 对轴控制的极短的周期, 和一些较长点的I/O更新周期在一些不同步的情况(qngkung)，需要事件触发信息第4页/共46页第四页，共47页。 帧处理(chl)顺序第5页/共46页第五页，共47页。拓扑(tu p)灵活(ln hu)多变的拓扑 线型结构 数据处理链型结构 带分支结构的数据

4、处理链结构 树形结构 星型结构 电缆冗余两个设备之间可达到标准以太网电缆可达到的100M距离理论上可以连接多达65535个设备第6页/共46页第六页，共47页。线型结构(jigu)任意(rny)数目的设备成直线型连接最多65535个设备第7页/共46页第七页，共47页。数据处理链型结构(jigu)第8页/共46页第八页，共47页。带有分支(fnzh)线的数据处理链型第9页/共46页第九页，共47页。 树形结构(jigu)第10页/共46页第十页，共47页。实时(sh sh)星型结构第11页/共46页第十一页，共47页。 电缆(dinln)冗余主站仅仅需要一个(y )另外的EtherCAT端口，

5、但是可能连接所有的从站设备第12页/共46页第十二页，共47页。EtherCAT从站结构(jigu)第13页/共46页第十三页，共47页。EtherCAT从站评估(pn )板第14页/共46页第十四页，共47页。 EtherCAT控制器板第15页/共46页第十五页，共47页。ISO/OSI 模型(mxng)第16页/共46页第十六页，共47页。第17页/共46页第十七页，共47页。EtherCAT 物理层电缆(dinln)：100BaseTX or 100BaseFx设备内部：E-Bus (LVDS)第18页/共46页第十八页，共47页。端口管理(gunl)一个从站控制器最多可以有4个端口如果

6、(rgu)一个端口关闭了，控制器主动连接下一个端口端口可以随着EtherCAT命令主动的打开或者关闭逻辑端口设置决定了EtherCAT帧的处理和发送顺序第19页/共46页第十九页，共47页。数据(shj)链路层的目的：数据链路层连接(linji)物理层和应用层数据链路层管理底层的通讯基础结构 连接(linji)控制 连接(linji)收发器 (PHY) 寻址 从站管理器配置 EEPROM 通路 同步管理器的配置和管理 FMMU 配置和管理 过程数据接口配置 分布式时钟 建立 AL 状态机交互第20页/共46页第二十页，共47页。数据(shj)链路层概述标准 IEEE 802.3 以太网帧 对主

7、站没有特殊需求 使用标准的以太网基础( jch)结构IEEE 注册 以太网帧类型: 88A4h 最优帧靠前 不需要IP栈 简单的主站执行 附加 UDP传输 (IANA 注册的88A4h端口) EtherCAT 可以通过以太网进行信息传递 使用标准的 sockets在从站进行帧处理 EtherCAT从站控制器通过硬件处理帧第21页/共46页第二十一页，共47页。Ethernet / EtherCAT 帧结构(jigu)第22页/共46页第二十二页，共47页。EtherCAT Frame HeaderType Meaning-0: 保留位1: EtherCAT Datagram (s)2,3: 保

8、留位4: 网络变量 5: 基于 IP的邮箱(yuxing)6-15: 供扩展用保留第23页/共46页第二十三页，共47页。EtherCAT 数据(shj)包头寻址第24页/共46页第二十四页，共47页。EtherCAT寻址第25页/共46页第二十五页，共47页。EtherCAT命令(mng lng)不同(b tn)的命令通过信息传输系统最优化对所有存取方法的读写第26页/共46页第二十六页，共47页。EtherCAT命令(mng lng)广播(gungb)读 每字节的个别位用引入数据和本地数据逻辑或的结果添加 读写动作 对引入数据和本地数据进行交换一对多的读写 (RMW) 被定位的站点读其他所

9、有站点写第27页/共46页第二十七页，共47页。同步(tngb)管理器同步管理器维护一个 DPRAM 区域邮箱特点 1个缓冲器的同步管理器支持握手 数据溢出保护 在读之前进行写 在再次写之前进行读缓冲特点 3缓冲器保证数据的传输和最新数据的存写 保留一个缓冲器用来写 保留一个相应的缓冲器用来读 (第一次写之前例外(lwi) 一般用于过程数据传输 最多支持16个独立的同步管理器通道 同步管理器配置注册地址从 0x0800开始第28页/共46页第二十八页，共47页。引入分布式时钟(shzhng)（DC）的目的通过分布式时钟精确( jngqu)的调整，系统可以达到精确( jngqu)的同步( 1 s

10、!)第29页/共46页第二十九页，共47页。 外部(wib)时钟同步：IEEE1588通过完整(wnzhng)的IEEE1588分界时钟选择端口第30页/共46页第三十页，共47页。分布式时钟(shzhng)的作用EtherCAT设备同步定义系统时间 开始于2000.1.1 00：00 最小计量1ns 64 bit (足够500年) 低32位跨越(kuyu)4.2秒 一般情况下，足够信息交流和时间压力 定义一个参考时钟 一个 EtherCAT 从站 被当作参考时钟使用 参考时钟循环的分布他的时钟 参考时钟根据一个全局参考时钟 IEEE 1588而改变第31页/共46页第三十一页，共47页。应用

11、层（AL）的目的(md)EtherCAT 状态机 设备和网络的启动邮箱接口和协议 设备的存取变量 异步传输(chun sh) 协议 Ethernet over EtherCAT（EoE） CANopen over EtherCAT（CoE） Filetransfer over EtherCAT（FoE） Servo Drive over EtherCAT（SoE）从站信息接口 (SII) 设备特征和配置信息第32页/共46页第三十二页，共47页。第33页/共46页第三十三页，共47页。EtherCAT状态机的目的(md)状态机构建于数据链路层定义EtherCAT从站设备一般信息状态指定对Eth

12、erCAT从站设备启用网络时初始化和错误处理状态和主从站之间通信关系相一致从站设备的请求状态和当前状态反应于应用层控制(kngzh)和应用层注册中定义了五种状态: Init, Pre-Operational, Safe-Operational,Operational Bootstrap 选项状态定义了固件更新第34页/共46页第三十四页，共47页。 EtherCAT状态机第35页/共46页第三十五页，共47页。EtherCAT状态机Init状态 应用层没有数据交互 主站对数据传输信息注册有通路Pre-Operational状态应用层上的邮箱通信没有过程数据交互Safe-Operational状

13、态 应用层上的邮箱通信 过程数据通信，但是(dnsh)仅仅是输入被评估，输出置于Safe状态Operational状态输入和输出都是有效的第36页/共46页第三十六页，共47页。EtherCAT状态机Bootstrap状态Bootstrap状态是可选择的，但是在固件( jin)必要的更新时推荐选择 只能和Init进行状态间转换没有过程数据通信通过应用层的邮箱进行通信根据需要的情况对邮箱进行配置只能使用FoE协议第37页/共46页第三十七页，共47页。EtherCAT状态机/控制(kngzh)和状态从站设备的请求(qngqi)状态和当前状态反应于应用层控制和应用层注册中 应用层控制 (0x012

14、0) 初始化设备状态机的状态转换 应用层状态 (0x0130) 设备状态机的实际状态 应用层状态代码 (0x0134) 错误原因或者其他状态代码第38页/共46页第三十八页，共47页。邮箱(yuxing)传输的目的交换变量数据的标准方式邮箱接口是可选择的，但是推荐使用如果过程数据是可设置的，或者有其他的非周期性服务，必须邮箱通信(tng xn)全双工能力 (从站可以发起一个数据交互) 预留两个同步管理器通道 Sync Manager 0 : 主站到从站 Sync Manager 1 : 从站到主站数据交互的早期阶段，邮箱方式是可利用的 (State Pre-Operational)支持多种协议

15、的能力第39页/共46页第三十九页，共47页。邮箱(yuxing)通信协议的类型 Ethernet over EtherCAT (EoE) 通过EtherCAT传输(chun sh)的标准以太网帧 CANopen over EtherCAT (CoE) 访问CANopen对象字典和他的对象 CANopen紧急事件 和事件驱动的PDO消息 File Access over EtherCAT (FoE) 下载上传固件和其他的一些文件 Servo Drive over EtherCAT (SoE) 存取伺服轮廓检验 (IDN)第40页/共46页第四十页，共47页。邮箱(yuxing)接口 一个(y

16、) EtherCAT帧里的数据包第41页/共46页第四十一页，共47页。从站信息(xnx)接口第42页/共46页第四十二页，共47页。从站信息(xnx)接口的目的 强制从站信息接口（SII）由所有能被持久保存的对象组成信息被储存于一个 EEPROM，EtherCAT 从站控制器 和 EEPROM之间有一个SPI接口The SII包括 boot设置数据 设备一致性 (强制的) 卖主 Id, 产品(chnpn)序列号, 修正号, Serial No 和 CoE 对象 0x1018里，相同的信息 应用程序信息数据额外的一些数据 (可选择的) 种类的再分第43页/共46页第四十三页，共47页。Devi

17、ce Profiles MotivationThe main issues of this device model are modeling of structures within a device usable for a large number of devices from verysimple one to complex sub-structured easy way for master and configuration devices tohandle the device use of similar channel profiles in all device typ

18、esshown below第44页/共46页第四十四页，共47页。Modular Device Profile EtherCAT supports complex slaves E.g. devices with physical modules to be connected (modulardevice) or devices with different operation modes (complexdevice). The Modular Device Profile defines A modeling of structures within a device,e.g. the

19、Object dictionary An easy way for master and configuration devices tohandle the device第45页/共46页第四十五页，共47页。感谢您的欣赏(xnshng)！第46页/共46页第四十六页，共47页。内容(nirng)总结目录。 一直盯着“火车”通过狭窄的窗户，我们可以看到整个火车。 EtherCAT 可以通过以太网进行信息传递。 保留一个相应的缓冲器用来读 (第一次写之前例外)。 开始于2000.1.1 00：00。 Bootstrap 选项状态定义了固件更新。访问CANopen对象字典和他的对象。 CANopen紧急事件 和事件驱动的PDO消息。 存取伺服轮廓(lnku)检验 (IDN)。第45页/共46页。感谢您的欣赏第四十七页，共47页。