EtherCAT - 以太網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)
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圖4: EtherCAT：符合IEEE 802.3 [3]的標準幀
從站到從站的通訊則有兩種機制以供選擇。一種機制是，上游設備和下游設備可以在同一周期內實(shí)現通訊，速度非?？?。由于這種方法與拓撲結構相關(guān)，因此適用于由設備架構設計所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應用等。而對于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機制—數據通過(guò)主站進(jìn)行中繼。這種機制需要兩個(gè)周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過(guò)程耗時(shí)仍然快于采用其他方法所耗費的時(shí)間。
按照文獻[3]所述，EtherCAT僅使用標準的以太網(wǎng)幀，無(wú)任何壓縮。因此，EtherCAT 以太網(wǎng)幀可以通過(guò)任何以太網(wǎng)MAC發(fā)送，并可以使用標準工具（如：監視器）。
3.2 拓撲
EtherCAT幾乎支持任何拓撲類(lèi)型，包括線(xiàn)型、樹(shù)型、星型等（參見(jiàn)圖5）。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)而得名的總線(xiàn)結構或線(xiàn)型結構也可用于以太網(wǎng)，并且不受限于級聯(lián)交換機或集線(xiàn)器的數量。
圖5: 靈活的拓撲結構：線(xiàn)型、樹(shù)型或星型拓撲
還可以選擇不同的電纜以提升連線(xiàn)的靈活性：靈活、經(jīng)濟的標準超五類(lèi)以太網(wǎng)電纜可采用100BASE-TX模式傳送信號；塑封光纖（PFO）則可用于特殊應用場(chǎng)合；還可通過(guò)交換機或介質(zhì)轉換器實(shí)現不同以太網(wǎng)連線(xiàn)（如：不同的光纖和銅電纜）的完整組合。
快速以太網(wǎng)的物理層（100BASE-TX ）允許兩個(gè)設備之間的最大電纜長(cháng)度為100米。由于連接的設備數量可高達65535，因此，網(wǎng)絡(luò )的容量幾乎沒(méi)有限制。
3.3. 分布時(shí)鐘
精確同步對于同時(shí)動(dòng)作的分布式過(guò)程而言尤為重要。例如，幾個(gè)伺服軸同時(shí)執行協(xié)調運動(dòng)時(shí)，便是如此。 最有效的同步方法是精確排列分布時(shí)鐘（請參閱IEEE 1588標準[6]）。與完全同步通訊中通訊出現故障會(huì )立刻影響同步品質(zhì)的情況相比，分布排列的時(shí)鐘對于通訊系統中可能存在的相關(guān)故障延遲具有極好的容錯性。
采用EtherCAT，數據交換就完全基于純硬件機制。由于通訊采用了邏輯環(huán)結構 （借助于全雙工快速以太網(wǎng)的物理層），主站時(shí)鐘可以簡(jiǎn)單、精確地確定各個(gè)從站時(shí)鐘傳播的延遲偏移，反之亦然。分布時(shí)鐘均基于該值進(jìn)行調整，這意味著(zhù)可以在網(wǎng)絡(luò )范圍內使用非常精確的、小于1 微秒的、確定性的同步誤差時(shí)間基（參見(jiàn)圖6）。而跨接工廠(chǎng)等外部同步則可以基于IEEE 1588 標準。
圖6: 同步性與一致性：相距電纜長(cháng)度為有120米的兩個(gè)分布系統，
帶有300個(gè)節點(diǎn)的示波器比較
3.4 性能
EtherCAT使網(wǎng)絡(luò )性能達到了一個(gè)新境界。借助于從站硬件集成和網(wǎng)絡(luò )控制器主站的直接內存存取，整個(gè)協(xié)議的處理過(guò)程都在硬件中得以實(shí)現，因此，完全獨立于協(xié)議堆棧的實(shí)時(shí)運行系統、CPU 性能或軟件實(shí)現方式。1000個(gè)I/O的更新時(shí)間只需30 μs，其中還包括I/O周期時(shí)間（參見(jiàn)表1）。單個(gè)以太網(wǎng)幀最多可進(jìn)行1486字節的過(guò)程數據交換，幾乎相當于12000個(gè)數字輸入和輸出，而傳送這些數據耗時(shí)僅為300 μs。
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