ZHCY164I November 2017 – April 2020 AM3357 , AM3359 , AM4377 , AM4379 , AMIC110 , AMIC120
EtherCAT 电报
如图 2 所示，EtherCAT 报文封装在以太网帧中，并包含一个或多个发往 EtherCAT 从站的 EtherCAT 数据报。这样的以太网帧在报头中使用 EtherCAT 类型，也可
图 1 EtherCAT 网络示例。
图 2 EtherCAT 电报。具备很多 IP/UDP 报头。使用 IP 报头时，也能够在网络路由器之间使用 EtherCAT 协议。
每个 EtherCAT 数据电报都是一个包含报头、数据和工作计数器的命令。报头和数据用于指定从站必须执行的操作，并且由从站更新工作计数器，从而使主站知晓从站已处理该命令。
协议
每个从设备都会“动态”地处理 EtherCAT 数据包，因为它会接收帧，对其进行解析，如果 EtherCAT 数据电报中指定的地址与它自己的地址匹配，则采取措施，并从其第二个端口转发整个数据电报，同时还更新数据包的内容和 CRC。通过数据电报，EtherCAT 主站可寻址多达 4GB 的整个地址空间，其中最多可放置 65,536 个 EtherCAT 从站，每个从站具有 65,536 个地址。EtherCAT 数据报对从站相对于网络中从站节点的实际位置的寻址顺序没有任何限制。
有不同的 EtherCAT 数据传输类型 – 循环和非循环。循环数据是按周期性间隔或周期时间传输的处理数据。非循环数据通常是对时间要求不严格的数据，其大小可能很大，并且通常会响应控制器命令进行交换。某些非循环数据（例如诊断数据）可能很关键，并且对时序有严格的要求。EtherCAT 通过优化的寻址方案（物理寻址、逻辑寻址、多重寻址和广播寻址）来满足这些不同的数据传输要求。
为了处理各种寻址方案，每个从站都有一个现场总线存储器管理单元 (FMMU)。
每个从站中的 FMMU 单元支持 EtherCAT 协议将各种从设备视为 4GB 大内存空间的一部分，而从站空间映射在其中。EtherCAT 主站在初始化阶段组装完整的处理映像，然后通过单个 EtherCAT 命令对从设备进行位级访问。这种功能可实现通过标准以太网控制器和标准以太网电缆，在整个现场总线网络的大型和小型设备上与任何数量的输入/输出 (I/O) 通道进行实际通信。
性能
由于基于硬件的 FMMU 和即时处理，EtherCAT 网络的效率非常高。它使微秒级循环时间能够从控制器传递到现场设备。通信效率不再是工业网络中的瓶颈，并实现了与现代工业 PC 一样的计算速度。例如，提高的性能可使基于 EtherCAT 的分布式驱动器同时运行电流环路和位置环路。
拓扑
EtherCAT 标准支持任何拓扑（线形、星形或树形），并且也能够通过使用 EtherCAT 实现现场总线网络中常见的总线结构。由于 EtherCAT 接口存在于 I/O 器件上，因此不需要任何以太网交换硬件。凭借 100m 长的铜缆链路以及更长的光缆链路，EtherCAT 能够跨越大范围地理区域在数千种器件间进行通信。对于较短的距离，例如在背板上，EtherCAT 使用差分信号技术 E-bus。
分布式时钟
为了在彼此远离的已安装工业节点之间实现同步操作，必须同步其内部时钟。在遍历网络时，EtherCAT 通过对每个从节点上 EtherCAT 数据包的进出时间戳进行采样来实现同步。主设备使用从设备提供的时间戳信息来准确计算各个从设备的传播延迟。会根据该计算结果来调整每个从节点中的时钟，因此，这些时钟彼此同步到 1μs 以内。精确同步时钟的另一个优点是，能够将任何测量结果对应一个同步时间，并消除与器件间通信过程中出现的抖动相关的不确定性。
器件配置文件
在工业自动化中，使用器件配置文件是描述器件功能和参数的一种较为常用的方法。EtherCAT 提供与现有器件配置文件的接口，以便在轻松升级旧版现场总线器件后使用 EtherCAT。其中一些接口是 EtherCAT (CoE) 上的 CAN 应用层和 EtherCAT (SoE) 上的伺服驱动器配置文件，它们通过利用其数据结构到 EtherCAT 的映射来启用 CANOpen® 和 SERCOS®。
EtherCAT 节点的组成部分
每个 EtherCAT 节点 (图 3) 具有三个组件：物理层、数据链路层和应用层。
物理层使用 100BASETX 铜缆、100BASE-FX 光纤或基于 LVDS 信令的 E-bus 来实现。MAC 层根据 EtherCAT 标准规范在专用 ASIC 或 FPGA 中实现。工业应用
图 3 EtherCAT 节点的组成部分。不在 MAC 层，该应用负责处理应用特定行为以及标准 TCP/IP 和 UDP/IP 协议栈，从而支持基于以太网的器件配置文件。根据器件的复杂性，EtherCAT 节点能够在硬件中实现，也可以是嵌入式 CPU 中运行的硬件和软件的组合。
合规性
为了确保使用 EtherCAT 接口设计的器件之间具有广泛的互操作性，EtherCAT Technology Group (ETG) 制定了多个程序来确保符合技术规范。这些程序包括一致性测试工具 (CTT)，它是用于测试一致性的软件程序；成员了解并测试各自器件的互操作性测试活动；以及在德国和日本进行正式认证测试的认证实验室。为了满足最低一致性要求，器件必须在首次投放市场前借助一致性测试工具通过协议测试。供应商可选择在任何授权的认证实验室中对他们的产品进行认证。ETG 网站提供了有关认证实验室的程序和位置的详细信息。