EtherCAT从站硬件设计方法

邹靖波 ，熊 皑

（1.中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209；2.中国科学院大学，北京 100190）

0 引言

随着伺服控制系统日益复杂，传统的现场总线技术已经无法给伺服控制领域带来飞跃性的成就。因此，国内外公司纷纷提出其他工业以太网协议以改善这种情况，其中德国Beckhoff开发的EtherCAT以其卓越的性能及基于普通以太网标准的特点，逐渐成为伺服控制总线技术的主流。因此，深入研究EtherCAT并将其实际应用于伺服控制领域具有重要意义。

1 EtherCAT原理

EtherCAT采用主从式通信结构。主站向各个从站发送以太网数据帧，数据帧经过各个从站时经从站分析其中的指令进行数据的提取或插入从站自身的数据，并将工作计数器（Working Counter，WKC）更新。最终与主站事先设置的预期WKC值作比较，以判断是否经过了所有的从站并被正确处理。由于从站对数据帧的接收与编码及转发、数据的提取与插入都是通过硬件完成，所以数据帧在每个从站停留的时间极小，保证了EtherCAT的实时性。经过最后一个从站处理后的数据帧将返回主站，主站接收并处理后，一次通信完成[1]。这种通信方式不会引起通信通路的堵塞，可保证网络的实时性和正确性。整个通信过程如图1。

图1 EtherCAT运行原理

2 EtherCAT从站硬件设计

凡是能够发送和接收以太网数据帧的设备都可以作为主站，而且主站功能完全由软件实现[1]。从站的建设则需要专用的集成电路搭建，这也是本文研究的重点。

2.1 EtherCAT从站硬件结构

根据DSP是否支持EtherCAT，相应的设计方法也不同。……