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Mar 6, 2025
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2025/03/06/EtherCAT-Master-IgH-Learning---Conceptual-Chapter
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Linux
EtherCAT
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EtherCAT
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Mar 6, 2025 03:07 AM
Last edited time
Jul 30, 2025 07:29 AM
1. Domain(域)
- 定义:
Domain 是 EtherCAT 主站中一个逻辑数据分组单元,用于管理多个从站的过程数据(Process Data)。它将不同从站的输入/输出数据(PDO)整合到一个共享内存区域中,便于主站高效处理。
- 作用:
- 统一管理多个从站的过程数据(PDO)。
- 优化数据访问效率,减少实时通信延迟。
- 示例:
在代码中,通过
ecrt_master_create_domain()
创建一个域,并通过 ecrt_domain_data()
访问其数据。2. 主站(Master)
- 定义:
EtherCAT 主站是控制网络的核心控制器,负责协调所有从站的通信,管理数据帧的发送与接收。
- 核心功能:
- 配置从站(如 PDO 映射、同步管理器设置)。
- 生成周期性通信帧,确保实时性。
- 监控网络状态(从站响应、链路状态)。
- 实现方式:
通常基于实时操作系统(如 Xenomai、RT Linux)或专用硬件(如 EtherCAT 主站卡)。
3. 从站(Slave)
- 定义:
从站是 EtherCAT 网络中的终端设备,执行具体任务(如数字 I/O、电机控制)。每个从站有唯一的物理地址或别名。
- 核心功能:
- 接收主站指令并执行(如输出控制信号)。
- 采集数据并返回给主站(如传感器输入)。
- 硬件示例:
- 数字输入模块(EL1008)。
- 伺服驱动器(如 Beckhoff AX5000)。
4. 通信方式
- 机制:
- 主站发送一个数据帧,依次经过所有从站。
- 每个从站实时提取或插入自己的数据。
- 帧返回主站时,已完成所有从站的数据交换。
EtherCAT 采用 “飞过”(On-the-Fly) 通信模式:
- 特点:
- 极低延迟:数据帧只需单次遍历网络。
- 高效带宽利用率:帧中仅包含有效数据,无协议冗余。
- 拓扑支持:
支持线型、树型、星型等多种拓扑结构。
5. EOE(Ethernet over EtherCAT)
- 定义:
EOE 是一种协议,允许在 EtherCAT 网络中传输标准以太网数据,实现 EtherCAT 与常规以太网的共存。
- 应用场景:
- 在实时 EtherCAT 网络中集成非实时设备(如 HMI、摄像头)。
- 远程配置或监控从站。
- 工作原理:
将标准以太网帧封装到 EtherCAT 数据帧中,由主站或网关解封装。
6. PDO(Process Data Object)与 PDO 条目
- PDO:
- 定义:
PDO
是用于实时通信的数据单元,包含从站的输入或输出数据。 - 特点:
- 周期性传输(如
1 ms
周期)。 - 无协议开销,直接映射到内存。
- 示例:
一个
PDO
可能包含 8 个数字输出信号。- PDO 条目:
- 定义:
PDO
中的具体数据项(如单个信号)。 - 属性:
- 索引(
Index
)和子索引(Subindex
):标识数据在从站对象字典中的位置。 - 位长(
Bit Length
):数据长度(如 1 位表示开关量,16 位表示模拟量)。 - 示例:
{0x3101, 0x01, 8}
表示索引 0x3101
、子索引 0x01
的 8 位数据。7. 同步信息(Sync Manager, SM)
- 定义:
同步管理器是 EtherCAT 从站中的硬件模块,用于管理数据缓冲与同步,确保数据在正确的时间点被读取或写入。
- 关键配置参数:
- 方向(
Direction
):输入(EC_DIR_INPUT)
或输出(EC_DIR_OUTPUT)
。 - 起始地址(
Start Address
):数据在从站内存中的起始位置。 - 控制字节(
Control Byte
):定义同步模式(如缓冲模式、看门狗使能)。
- 工作模式:
- 缓冲模式(
Buffered
):数据在指定时间点原子化更新。 - 直接模式(
Direct
):数据实时更新(可能引发数据不一致)。
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- 作者:tangcuyu
- 链接:https://expoli.tech/articles/2025/03/06/EtherCAT-Master-IgH-Learning---Conceptual-Chapter
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