EtherCAT總線

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一種基于以太網的開發構架 的實時工業現場總線通訊協議，它于2003年被引入市場，于2007年成為國際標準，并于2014年成為中國國家標準。EtherCAT的出現為系統的實時性能和拓撲的靈活性樹立了新的標準。

（1）EtherCAT是最快的工業以太網技術之一，同時它提供納秒級精確同步。相對于設置了相同循環時間的其他總線系統，EtherCAT系統結構通常能減少25%-30%的CPU負載。

（2）EtherCAT在網絡拓撲結構方面沒有任何限制，最多65535個節點可以組成線型、總線型、樹型、星型或者任意組合的拓撲結構。

（3）相對于傳統的現場總線系統，EtherCAT節點地址可被自動設置，無需網絡調試，集成的診斷信息可以精確定位到錯誤。同時無需配置交換機，無需處理復雜的MAC或者IP地址。

（4）EtherCAT主站設備無需特殊插卡，從站設備使用可以由多個供應商提供的高集成度、低成本的芯片。

（5）利用分布時鐘的精確校準EtherCAT提供了有效的同步解決方案，在EtherCAT中，數據交換完全基于純粹的硬件設備。由于通訊利用了邏輯環網結構和全雙工快速以太網而又有實際環網結構，“主站時鐘”可以簡單而精確地確定對每個“從站時鐘”的運行補償，反之亦然。分布時鐘基于該值進行調整，這意味著它可以在網絡范圍內提供信號抖動很小、非常精確的時鐘。總體來說EtherCAT具有高性能、拓撲結構靈活、應用容易、低成本、高精度設備同步、可選線纜冗余和功能性安全協議、熱插拔等特點。

IgH EtherCAT Master 軟件介紹

IgH EtherCAT Master是一款Linux平臺的EtherCAT開源通訊軟件工具，架構圖如下：

上圖紅框處表示IgH EtherCAT Master透過Ethernet驅動程序與EtherCAT從站裝置連線，其中Ethernet驅動程序分為原生EtherCAT網路驅動程序（Native EtherCAT-Capable Ethernet Drivers）與Linux標準網路驅動程序（Standard Ethernet Driver）兩種，使用者必須使用第一種驅動程序，才能支持即時（real-time）通訊。

使用不同芯片的網路卡對應不同的原生EtherCAT網路驅動程序，IgH EtherCAT Master內置支持了RDC R6040、 Realtek 8139、8169 系列與Intel e100、e1000系列等網絡芯片，我們可以通過IgH內部集成的R6040專用原生EtherCAT網路驅動程式來實現EtherCAT Master。

IgH EtherCAT Master SDK

使用集成RDC R6040網卡的客戶可以透過內建的IgH EtherCAT Master SDK編寫EtherCAT應用程式，編寫程式的方法可以參考IgH EtherCAT Master的原始碼中的example資料夾，路徑如下：

    /home/dmp/ethercat-hg/example

在example資料夾下，有一個名為xenomai的資料夾，里面的內容為即時核心下透過 RTDM（Real-Time Driver Model）進行EtherCAT即時通訊的范例：

EtherCAT性能測試

EtherCAT總線時序圖

在實際應用中，客戶根據產品的性能要求確定總線循環周期Cycle Time的時間長短。在每個循環周期內，EtherCAT主站的CPU必須完成下列幾項任務：已接收數據幀的處理、客戶應用處理、發送數據和主站協議棧管理，非周期數據的處理在每個循環周期中可選，如下面總線時序示意圖所示：

RDC R6040 EtherCAT Master的即時性能，請在終端機內輸入以下指令：

    xeno-test latency

您將能看到Xenomai核心的即時性能統計數據（平均latency大約是15us），如下圖：