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        EtherCAT - 以太網現場總線

        作者: 時間:2013-02-22 來源:網絡 收藏

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        圖13: 主站樣本代碼結構

        5.2 從站

        A cost-effective slave controller is used in the slave devices. With the slave does not need a microcontroller at all. Simple devices that get by with an I/O interface can be implemented only with the ESC and the underlying PHY, magnetics and the RJ45 connector. The process data interface (PDI) to the slave application is a 32- bit I/O interface. This slave without configurable parameters needs no software or mailbox protocol. The State Machine is handled in the ESC. The boot-up information for the ESC comes out of the EEPROM that also supports the identity information of the slave. More complex slaves that are configurable have a host CPU on board.This CPU is connected to the ESC with an 8-bit or 16-bit parallel interface or via a serial connection (SPI). The performance of the host CPU is determined by the slave application – the EtherCAT protocol software can be run additionally.The EtherCAT stack manages the EtherCAT state machine and the communication protocol: This means in general the CoE protocol and for supporting firmware download FoE. Optional the EoE protocol can be implemented.

        5.2.1 EtherCAT Slave Controller

        目前,有多家制造商均提供EtherCAT從站控制器。通過價格低廉的FPGA,也可實現從站控制器的功能,可以購買授權以獲取相應的二進制代碼。 從站控制器通常都有一個內部的DPRAM,并提供存取這些應用內存的接口范圍:

        串行SPI(串行外圍接口)主要用于數量較小的過程數據設備,如模擬量I/O模塊、傳感器、編碼器和簡單驅動等。該接口通常使用8位微控制器,如微型芯片PIC、DSP、Intel 80C51等。

        8/16位微控制器并行接口與帶有DPRAM接口的傳統控制器接口相對應,尤其適用于數據量較大的復雜設備。通常情況下,微控制器使用的接口包括Infineon 80C16x、Intel 80x86、Hitachi SH1、ST10、ARM和TI TMS320等系列。

        32位并行I/O接口不僅可以連接多達32位數字輸入/輸出,而且也適用于簡單的傳感器或執行器的32位數據操作。這類設備無需主機CPU。

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        圖14: 從站硬件:帶主機CPU的FPGA

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        圖15: 從站硬件:帶直接I/O的FPGA

        Latest information on the choice of EtherCAT Slave Controllers can be found on the EtherCAT website [1].

        5.2.2 從站評估工具包

        從站評估工具包使接口操作變得簡便易行。由于采用了EtherCAT,無需功能強大的通訊處理器,因此,可將從站評估工具包中的8位微處理器作為主機CPU使用。該工具包還包括源代碼形式的從站主機軟件(相當于協議堆棧)和主站軟件樣本包。

        6. 小結

        EtherCAT 擁有杰出的通訊性能,接線非常簡單,并對其它協議開放。傳統的系統已達到了極限,而EtherCAT則突破建立了新的技術標準——30 μs內可以更新1000個I/O數據,可選擇雙絞線或光纖,并利用和因特網技術實現垂直優化集成。使用 EtherCAT,可以用簡單的線型拓撲結構替代昂貴的星型拓撲結構,無需昂貴的基礎組件。EtherCAT還可以使用傳統的交換機連接方式,以集成其它的設備。其它的實時以太網方案需要與控制器進行特殊連接,而EtherCAT只需要價格低廉的標準以太網卡(NIC) 便可實現。

        EtherCAT擁有多種機制,支持主站到從站、從站到從站以及主站到主站之間的通訊(參見圖16)。它實現了安全功能,采用技術可行且經濟實用的方法,使以太網技術可以向下延伸至I/O級。EtherCAT功能優越,可以完全兼容以太網,可將因特網技術嵌入到簡單設備中,并最大化地利用了以太網所提供的巨大帶寬,是一種實時性能優越且成本低廉的網絡技術。

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        圖16: 網絡結構形式多樣

        7. 參考文獻

        [1] EtherCAT Technology Group (ETG)
        http://www.ethercat.org
        [2] IEC 61158-3/4/5/6-12 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 3-12: Data-link layer service definition – Part 4-12: Data-link layer protocol specification – Part 5-12: Application layer service definition – Part 6-12: Application layer protocol specification – Type 12 elements (EtherCAT)
        [3] IEEE 802.3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications
        [4] IEEE 802.3ae-2002: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications: Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 10 Gb/s Operation
        [5] ANSI/TIA/EIA-644-A, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits
        [6] IEEE 1588-2002: IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems
        [7] EN 50325-4: Industrial communications subsystem based on ISO 11898 (CAN) for controller-device interfaces. Part 4: CANopen
        [8] IEC 61800-7-301/304 (Ed.1.0), Adjustable speed electrical power drive systems – Part 7-301: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 1 to network technologies – Part 7-304: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 4 to network technologies
        [9] SEMI E54.20: Standard for Sensor/Actuator Network Communications for EtherCAT.
        http://www.semi.org
        [10] IEC 61784-2 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Profiles – Part 2: Additional fieldbus profiles for real-time networks based on ISO/IEC 8802-3

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