EtherCAT FP介紹系列文章—多網(wǎng)段

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一種基于以太網(wǎng)的開發(fā)構(gòu)架的實(shí)時工業(yè)現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，EtherCAT是最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)之一，同時它提供納秒級精確同步。相對于設(shè)置了相同循環(huán)時間的其他總線系統(tǒng)，EtherCAT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常能減少25%-30%的CPU負(fù)載，EtherCAT的出現(xiàn)為系統(tǒng)的實(shí)時性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)ETG推薦基于PC控制的EtherCAT為了能夠達(dá)到規(guī)范標(biāo)稱的性能，應(yīng)保證EtherCAT主站和控制任務(wù)集成在同一程序下，以便控制程序、通訊協(xié)議棧和MAC設(shè)備的DMA可以被同一程序統(tǒng)一管理。這樣能夠保證應(yīng)用程序和傳遞到總線上的數(shù)據(jù)同步刷新，減少了各個環(huán)境時間的數(shù)據(jù)傳輸和同步的損耗。

Acontis EC-Master EtherCAT主站的總線時序圖

Acontis憑借大量的EtherCAT客戶現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和客戶實(shí)地測試，根據(jù)EtherCAT原理和客戶實(shí)際需要，在acontis EtherCAT主站方案EC-Master中進(jìn)行了深度程序結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使EC-Master EtherCAT主站最大限度接近ETG推薦的（如下圖）EtherCAT程序合理結(jié)構(gòu)。

優(yōu)化后的實(shí)際應(yīng)用邏輯中，客戶根據(jù)產(chǎn)品的性能要求確定總線循環(huán)周期Cycle Time的時間長短。在每個循環(huán)周期內(nèi)，EtherCAT主站的CPU必須完成下列幾項(xiàng)任務(wù)：已接收數(shù)據(jù)幀的處理、客戶應(yīng)用處理、發(fā)送數(shù)據(jù)和主站協(xié)議站管理，非周期數(shù)據(jù)的處理在每個循環(huán)周期中可選，如下面總線時序示意圖所示。

EtherCAT在能夠滿足快速周期通訊，官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)下當(dāng)網(wǎng)絡(luò)由100個伺服軸組成（每個伺服軸由8個input+output）時，傳輸時間約為100us。但是這也存在一些問題，上述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如果希望保證1ms循環(huán)周期的基礎(chǔ)上，不斷增大應(yīng)用程序執(zhí)行時間和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)負(fù)載時，會導(dǎo)致主控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載壓力過大，無法保證總線循環(huán)周期的可能。

所以acontis EC-Master EtherCAT主站考慮，在保持應(yīng)用負(fù)載和傳輸數(shù)據(jù)量不變的情況下，能夠提供兩種解決方案以便減輕網(wǎng)絡(luò)壓力，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用效率和可用性。

方案一：支持多網(wǎng)絡(luò)

多網(wǎng)絡(luò)方案允許在一個主站應(yīng)用程序下實(shí)現(xiàn)多個獨(dú)立的EtherCAT物理網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)之間的周期和分布時鐘都是獨(dú)立的互不干擾?？梢詫⒃締蝹€總線網(wǎng)絡(luò)上的大量從站設(shè)備和數(shù)據(jù)拆分到幾個網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，以減小單個網(wǎng)絡(luò)的最大負(fù)載。

? 使用場景：

在1個系統(tǒng)下控制大于1個EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，例如：

- 網(wǎng)卡1用于低速IO總線控制

- 網(wǎng)卡2用于高速運(yùn)動控制

? 每條工作總線完全獨(dú)立配置和操作

? 每條總線可以使用相同或者不同的網(wǎng)卡驅(qū)動，最多可以支持12條獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)

方案二：分幀處理

在同一EtherCAT網(wǎng)絡(luò)下不同類型的設(shè)備可能對總線循環(huán)周期有不同的需求，使用分幀處理擴(kuò)展功能包，可以讓不同周期的過程數(shù)據(jù)獨(dú)立發(fā)送，減少單一循環(huán)周期下的網(wǎng)絡(luò)帶寬占用。

? I/O過程數(shù)據(jù)分割到多個不同的應(yīng)用任務(wù)中。

? 非同步通訊可以獨(dú)立一個任務(wù)