EtherCAT 概述
概述
1.1 EtherCAT 简介
EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种面向工业自动化的实时以太网技术。它使用标准以太网物理层，但从站通常在报文经过时直接读取输出数据并写入输入数据，从而减少逐站转发带来的延迟。
EtherCAT 常用于以下场景：
- 伺服驱动器和多轴运动控制。
- 工业 I/O、传感器和执行器。
- 机器人、数控设备和自动化产线。
- 需要分布式时钟同步的测量和控制系统。
典型拓扑如下：
Linux EtherCAT 主站
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├── 从站 0：伺服驱动器 / I/O
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├── 从站 1：伺服驱动器 / I/O
│
└── 从站 N：传感器 / 执行器EtherCAT 网络应使用独立网口。该网口由主站直接收发二层 EtherCAT 帧，一般不配置 IP 地址，也不应同时由 NetworkManager、DHCP 客户端或普通网络业务管理。
1.2 IgH EtherCAT Master 简介
IgH EtherCAT Master 是 EtherLab 项目提供的开源 Linux EtherCAT 主站实现。其核心运行在内核态，用户程序通过字符设备和 libethercat 与主站通信。
IgH 主站主要由以下部分组成：
| 组成 | 常见文件或接口 | 作用 |
|---|---|---|
| 主站内核模块 | ec_master.ko | 管理 EtherCAT 总线、从站状态、过程数据和时钟同步 |
| 网卡驱动 | ec_generic.ko 或专用驱动 | 将主站连接到物理网口；专用驱动通常具有更好的实时性 |
| 字符设备 | /dev/EtherCAT0 | 内核主站与用户态工具、应用程序之间的接口 |
| 用户态库 | libethercat.so | 提供 ecrt_* 应用开发 API |
| 命令行工具 | ethercat | 扫描从站，查看 PDO、读写 SDO、切换状态和诊断总线 |
| 主站应用 | 用户程序 | 根据设备配置完成周期通信、状态机和业务控制 |
EtherCAT 应用 / ethercat 工具
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libethercat.so
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/dev/EtherCAT0
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ec_master.ko
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通用网卡驱动或平台实时网卡驱动
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EtherCAT 从站IgH 官方 API 文档：
1.3 基本术语
| 术语 | 含义 |
|---|---|
| Master | EtherCAT 主站，负责发现、配置和周期访问从站 |
| Slave | EtherCAT 从站，例如伺服驱动器、I/O 模块和传感器 |
| PDO | Process Data Object，周期交换的实时过程数据 |
| SDO | Service Data Object，通常用于非周期参数读写和设备配置 |
| CoE | CAN application protocol over EtherCAT，常见的对象字典协议 |
| DC | Distributed Clocks，EtherCAT 分布式时钟同步机制 |
| ESI | EtherCAT Slave Information，从站厂商提供的 XML 描述文件 |
| Alias | 从站别名地址，可用于稳定标识设备 |
| Position | 从站在总线拓扑中的物理位置，从 0 开始 |
EtherCAT 从站通常经历以下状态：
INIT → PREOP → SAFEOP → OPINIT：初始化状态，尚未进行邮箱和过程数据通信。PREOP：可进行邮箱通信和 SDO 配置，尚未交换有效 PDO。SAFEOP：输入过程数据有效，输出通常仍处于安全状态。OP：正常交换输入和输出过程数据。