工业以太网EtherCAT技术的原理及其实现

在故障诊断方面，EtherCAT通过CRC校验，可以有效地检测出数据传送期间的位故障，EtherCAT通过匹配性检查可以进行断线检测和故障定位。另外，EtherCAT系统的协议还可以对各个传输段分别进行品质监视，与错误计数器关联的自动评估还可以对关键的网络段进行精确定位。

三、EtherCAT的实现

EtherCAT技术的实现包括主站实现和从站实现。EtherCat主站不需要专用的通讯处理器，只需使用无源的NIC卡或主板集成的以太网MAC设备即可，完全采用软件方式在主机CPU中实现协议的识别和封装。EtherCat可以在单个以太网帧中最多实现1486字节的分布式过程数据通讯。为了方便主站的开发，EtherCat组织现在提供主站样本代码，可以方便的把该代码嵌入到实时操作系统中，加快项目开发进程。本文采用的EtherCAT主站的人机界面如图3所示。

图3   测试用EtherCAT主站人机界面

EtherCat从站是通过专用硬件实现的，目前，有多家制造商均提供EtherCAT从站控制器，也可以一次性购买获取授权的二进制代码，通过价格低廉的FPGA实现从站控制器的功能。实现从站的专用硬件都具有两个MAC地址，可以很容易的扩展两个网口，目的是便于实现级联，构成各种拓扑结构。

本文采用TI公司的16位处理器TMS320LF2407作为微处理器，采用Beckhoff公司的ET1100作为工业以太网Ethercat协议通讯控制器。TMS320LF2407实现了EtherCat协议的应用层，可以通过16位并口对ET1100内部的DPRAM进行数据存取。ET1100带有两个MII接口，它们在硬件上实现了EtherCat协议的数据链路层，外扩的两个物理层芯片实现了工业以太网的的物理层。网络变压器的作用是实现隔离和阻抗匹配。主站PC与从站的数据通讯速率达到100Mbit/s，具体的实现从站的原理框图如图4所示。

图4 从站原理框图

四、结论与展望

EtherCAT作为工业自动化以太网解决方案，以其高速、简单、易于实现正在获得越来越多的研发人员的青睐，国际上已经有多个厂家研发出自己的主站产品和从站芯片，国内也有多个厂家开始着力于该技术的产品开发。新华集团研发中心已经在国内率先实现了EtherCAT技术的产品化，成功研发了国内第一套基于EtherCAT的DCS TisNet－E1000，在国内引领了基于EtherCAT技术的自动化产品开发。

本文作者的创新点：基于16位处理器TMS320LF2407和ET100实现了EtherCAT从站，搭建了EtherCAT技术验证平台，在国内引领了EtherCAT技术的的产品化。