摘要
EtherCAT是基于以太网的现场总线，具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构。其主站使用标准的以太网控制器，从站使用专用的控制芯片。
目前，国际上有多种实时工业以太网协议，今天我们介绍其中的一种—EtherCAT。
1.什么是EtherCAT ？
EtherCAT是基于以太网的现场总线，由德国BECKHOFF(倍福)自动化公司于2003年提出。EtherCAT具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构。其主站使用标准的以太网控制器，从站使用专用的控制芯片。
EtherCAT的主要特点如下：
① 广泛的适用性，任何带商用以太网控制器的控制单元都可作为EtherCAT主站。
② 符合以太网标准，从EtherCAT帧结构可以看出，EtherCAT数据采用标准的以太网帧（IEEE802.3），因此EtherCAT可以与其他以太网设备及协议并存于同一总线，传输速率可达2 X 100Mbit/s。
③接线灵活，支持线型、星型、树型等多种拓扑结构。
④高效率，最大化利用以太网带宽进行用户数据传输。
⑤刷新周期短，可以达到小于100µs的数据刷新周期。
◆256数字量I/O：11µs
◆分布于100节点的1000开关量I/O：30µs
◆200模拟量I/O（16bit）：50µs，20KHz采样频率
◆100个伺服轴（每个8 Byte IN+OUT）：100µs
◆12000数字量I/O：350µs
⑥同步性能好，通过同步时钟的精确校准，可以实现各从站设备小于1µs的时钟同步。
2.EtherCAT是如何运行的？
EtherCAT采用主从模式，从图中可以看出，主站发送以太网帧给一个或多个从站，从站从数据帧中提取数据或者将需要发送给主站的数据插入到数据帧中，数据的提取和插入都是由从站控制器的硬件来完成的。主站通常带有标准的以太网接口，使用标准的以太网帧、标准的以太网线缆和发送器芯片，从站使用专门的EtherCAT从站控制器ESC（EtherCAT Slave Controller）。
3.该如何实施EtherCAT？
EtherCAT主站使用标准的以太网控制器，在基于PC的主站中，通常使用网络接口卡NIC（Network Interface Card），其中的网卡芯片集成了以太网通信控制器和物理数据收发器。而在嵌入式主站中，通信控制器一般嵌入到微处理器中。
EtherCAT从站一般使用专门的从站控制器，R-IN32M3是日本瑞萨的一款从站控制器芯片，其方框图如图所示。R-IN32M3实现了高速实时化以及低功耗的功能，具备两大主要特征：一是内部集成硬实时操作系统和以太网加速器，高速实时性能得以保证；二是支持包括EtherCAT 在内的多种工业通讯协议。
4.EtherCAT应用领域
由于EtherCAT高性能、拓扑灵活、易用、低成本等特点，使其在机器人控制、机床、自动化仓储、焊接等领域得到了广泛的应用。
5.小结
EtherCAT拥有多种机制，支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件，是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。
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