一.EtherCAT 協議

EtherCAT 是由德國 BECKHOFF 自動化公司于 2003 年提出的實時工業以太網技術，使用標準以太網器件和串行轉發技術實現，已成為工業以太網的主流技術之一，獲得廣泛應用． 目前 EtherCAT已經成為國際標準 IEC 61158，IEC 61784-2，ISO 15745-4［2］． EtherCAT 采用主從式控制結構，主站配置標準的 100Base-TX 以太網卡，從站采用專用芯片．

圖 1 為 EtherCAT 基本運行原理． 主站發出下行報文遍歷所有從站設備，每個從站在報文經過時從中讀取主站發給本站的數據，再將本站返回給主站的數據寫入指定的報文，然后傳遞報文給下一個從站，最后一個從站把經過完全處理的報文做為上行報文返回發送給主站，主站收到上行報文后，處理返回數據，一次通信結束。

 

圖1EtherCAT 運行原理

EtherCAT 幀結構如圖 2 所示，EtherCAT 數據幀使用以太網 V2 格式的 MAC 幀，包含幀檢驗序列( FCS，Frame Check Sequence) 以 太 網 類 型 為0x88A4［4］． EtherCAT 數據幀包含 EtherCAT 子報文，各子報文結構相同，因此本文將 EtherCAT 子報文稱為重復報文，重復報文中包含一個重復終止標志，即 EtherCAT 的“M”字段． 表 1 所示為“子報文”字段以下所有各子葉字段的長度和含義．

 

圖2 EtherCAT 幀結構

二.數據偵聽器和協議解析器結構
以太網數據偵聽器和協議解析器用于以太網故障診斷和協議分析，是工業以太網設備開發和維護的重要工具，它們組成的系統結構如圖 3 所示．

 

圖 3 偵聽器和解析器構成

三.EtherCAT的拓撲結構

EtherCAT拓撲結構非常靈活支持多種拓撲類型，比如:線形、樹形、星形以及菊花鏈等各種物理拓撲以及各種拓撲結構的組合,從而提高了不同場合布線的靈活性。其中最有效的布線方式是由分支形、線形或樹形進行組合.如圖

 

圖4 拓撲結構種類科普

選用不同的傳輸電纜可以最大限度地發揮布線的靈活性。靈活經濟的標準以太網可通過快速以太網模式（100BASE-TX）或LVDS傳輸信號。100BASE-TX電纜的物理層允許設備之間的最大長度為100M而的物理層只能保障10M的傳輸間距適合于近距離站點的連接.

 

圖5 EtherCAT拓撲結構

四.EtherCAT協議的應用

應用層是EtherCAT協議最高的一個功能層，它主要負責完成主站狀態機的轉換，定義控制程序和網絡交互的接口，提供了郵箱通信的接口，使符合此應用層協議的應用程序可以協同工作。應用層支持的協議有 CANopen、用于文件的上傳和下載的FOE協議，以及用于伺服驅動器控制的實時數據通信協議SOE等。

（1）FOE：文件傳輸協議，類似于TFTP，實現簡單。

（2）EOE：支持IP標準的協議，TCP/IP.UDP/IP和其他一些高層協議（HTTP和FTP等），從而擴大了EtherCAT的應用范圍。

（3）SOE

（4）COE