EtherCAT
EtherCAT — стандарт промышленной сети, относимый к семейству Industrial Ethernet и технологиям используемым для распределенного управления в режиме реального времени. EtherCAT разработан компанией Beckhoff.Целью разработки протокола было использование технологии Ethernet для автоматизации приложений, которые требуют частого обновления времени (также называемым временем цикла) с низким дрожанием связи (для синхронизации) и низкими затратами на аппаратное обеспечение.
Протокол
Спецификация протокола EtherCAT доступна только членам организации. Протокол EtherCAT оперирует пакетами, передаваемыми непосредственно внутри стандартного фрейма IEEE 802.3 Ethernet (с применением Ethertype 0x88a4) или внутри датаграммы UDP/IP. Пакет EtherCAT неделим и состоит из заголовка (2 байта) и одного или более сообщения. Последовательность данных не зависит от физического порядка узлов в сети; адресация может быть обработана в любом порядке. Широковещательная, групповая передача данных и передача данных между конечными получателями так же возможна и должна быть реализована на так называемом главном устройстве в текущем сегменте сети. Если IP-маршрутизации не требуется, протокол EtherCAT может быть вставлен в UDP / IP датаграммы. Это также дает возможность какого-либо контроля над стеком протоколов Ethernet для реализации адресации EtherCAT систем.
Производительность
Короткое время цикла может быть достигнуто при помощи микропроцессоров в придаточных устройствах не участвующих в обработке пакетов Ethernet для передачи образа процесса. Все данные коммуникационного процесса обрабатываются на аппаратном контроллере ведомого устройства. В сочетании с функциональным принципом это делает EtherCAT высокопроизводительной распределенной системой ввода/вывода: Процесс обмена данными с 1000 распределенных цифровых входов / выходов занимает около 30 мкс, что является типичным для передачи в 125 байт в 100 Мбит / Ethernet. Данные для и от 100 сервоосей[1] могут обновляться со скоростью до 10 кГц. Типичная скорость обновления сети 1-30 кГц, но EtherCAT может быть использован так же с медленным временем цикла, если нагрузка DMA слишком высока на вашем компьютере.
Топология
Внешне, топология сети EtherCAT может быть произвольной — возможен произвольный порядок подключения устройств. Однако внутренняя топология всё равно будет кольцевой за счёт использования полнодуплексного Ethernet в качестве нижнего уровня — каждая посланная дейтаграмма будет проходить через все подключённые устройства в определённом порядке. Используя полнодуплексный Ethernet физического уровня, контроллеры ведомых устройств EtherCAT закрывают открытый порт автоматически и возвращают Ethernet фрейм, если клиентские (downstream) устройства не обнаружены. Ведомые устройства могут иметь два или более портов. В связи с этими особенностью EtherCAT является поддержка почти любых физических топологий, таких как линия, дерево или звезда. Шина или линия, структура известная из промышленных сетей таким образом, также становится доступной для Ethernet. Возможно также сочетание линий и ветвей или заглушек: любое устройство EtherCAT с тремя или более портами может выступать в качестве перехода, никаких дополнительных устройств (например свитчей) не требуется. Классическая топология Ethernet, звезда, построенная на коммутаторах может быть использована как с помощью переключателей настроеных для перенаправления трафика непосредственно между портами, или с помощью специальных придаточных устройств: свитчи, расположенные между ведущим сетевым устройством и ведомыми устройствами.Совокупность специальных ведомых устройств (помните стандартные ведомые устройства не имеют МАС-адресов) прикрепленных к одному порту коммутатора вместе образуют EtherCAT сегмент, который либо адресуются при помощи его MAC - адреса или через порт на основе VLAN-ов. Начиная с 100BASE-TX Ethernet физического уровня, расстояние между любыми двумя узлами может составлять до 100 м (300 футов). До 65535 устройств могут быть подключены к сегменту. Если сеть EtherCAT соединена кольцевой конфигурацией (требуется два порта на главном устройстве),то это может привести к избыточности проводных каналов.
