EtherCAT总线

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种基于以太网的开发构架 的实时工业现场总线通讯协议，它于2003年被引入市场，于2007年成为国际标准，并于2014年成为中国国家标准。EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。

（1）EtherCAT是最快的工业以太网技术之一，同时它提供纳秒级精确同步。相对于设置了相同循环时间的其他总线系统，EtherCAT系统结构通常能减少25%-30%的CPU负载。

（2）EtherCAT在网络拓扑结构方面没有任何限制，最多65535个节点可以组成线型、总线型、树型、星型或者任意组合的拓扑结构。

（3）相对于传统的现场总线系统，EtherCAT节点地址可被自动设置，无需网络调试，集成的诊断信息可以精确定位到错误。同时无需配置交换机，无需处理复杂的MAC或者IP地址。

（4）EtherCAT主站设备无需特殊插卡，从站设备使用可以由多个供应商提供的高集成度、低成本的芯片。

（5）利用分布时钟的精确校准EtherCAT提供了有效的同步解决方案，在EtherCAT中，数据交换完全基于纯粹的硬件设备。由于通讯利用了逻辑环网结构和全双工快速以太网而又有实际环网结构，“主站时钟”可以简单而精确地确定对每个“从站时钟”的运行补偿，反之亦然。分布时钟基于该值进行调整，这意味着它可以在网络范围内提供信号抖动很小、非常精确的时钟。总体来说EtherCAT具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、低成本、高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议、热插拔等特点。

IgH EtherCAT Master 软件介绍

IgH EtherCAT Master是一款Linux平台的EtherCAT开源通讯软件工具，架构图如下：

上图红框处表示IgH EtherCAT Master透过Ethernet驱动程序与EtherCAT从站装置连线，其中Ethernet驱动程序分为原生EtherCAT网路驱动程序（Native EtherCAT-Capable Ethernet Drivers）与Linux标准网路驱动程序（Standard Ethernet Driver）两种，使用者必须使用第一种驱动程序，才能支持即时（real-time）通讯。

使用不同芯片的网路卡对应不同的原生EtherCAT网路驱动程序，IgH EtherCAT Master内置支持了RDC R6040、 Realtek 8139、8169 系列与Intel e100、e1000系列等网络芯片，我们可以通过IgH内部集成的R6040专用原生EtherCAT网路驱动程式来实现EtherCAT Master。

IgH EtherCAT Master SDK

使用集成RDC R6040网卡的客户可以透过内建的IgH EtherCAT Master SDK编写EtherCAT应用程式，编写程式的方法可以参考IgH EtherCAT Master的原始码中的example资料夹，路径如下：

    /home/dmp/ethercat-hg/example

在example资料夹下，有一个名为xenomai的资料夹，里面的内容为即时核心下透过 RTDM（Real-Time Driver Model）进行EtherCAT即时通讯的范例：

EtherCAT性能测试

EtherCAT总线时序图

在实际应用中，客户根据产品的性能要求确定总线循环周期Cycle Time的时间长短。在每个循环周期内，EtherCAT主站的CPU必须完成下列几项任务：已接收数据帧的处理、客户应用处理、发送数据和主站协议栈管理，非周期数据的处理在每个循环周期中可选，如下面总线时序示意图所示：

RDC R6040 EtherCAT Master的即时性能，请在终端机内输入以下指令：

    xeno-test latency

您将能看到Xenomai核心的即时性能统计数据（平均latency大约是15us），如下图：