基于Windows 套接字的Ethercat 主站协议栈设计与实现

柳 青

（北京电子科技职业学院， 北京 100176）

0 引言

Ethercat 作为一种开放式高速实时以太网广泛应用于运动控制、自动化等领域。在当前Ethercat 主站的研究中为了追求实时性能和高精度时钟同步， 对系统的软件或硬件都提出了特殊要求。 蒋杰等通过改造Linux 内核在X86 平台上实现了Ethercat 主站[1]，孙跃祥等在Xilinx Zynq-7000 处理器构建了嵌入式Ethercat 主站[2]。

然而在物料传输、 工件检测等对实时性要求不高的系统中，如果采用上述方案则存在系统复杂，成本高，开发周期长等问题。 因此提出了这一种在Windows 平台上采用网络套接字来实现Ethercat 主站协议栈的方法。 该方法基于Ethercat 规范中Ethercat UDP/IP 报文格式，将Ethercat 报文嵌入udp 数据包的方式，不需要专用硬件或者特殊网卡驱动，协议栈配置灵活，可移植性好。

1 整体架构设计

Ethercat 主站的主要功能是对从站的配置、 数据交换、为应用程序提供编程接口，因此该将协议栈设计为三个线程模块和一个数据模块。 三个工作线程分别负责应用程序接口、Ethercat 报文生成、解析与收发、配置服务通信。 每个线程都可以访问数据模块中的数据，线程之间通过数据模块交互信息，协议栈架构见图1。

图1 Ethercat 主站协议栈框架

数据模块包含了每个从站的信息，包括：基本信息，如从站位置、生产厂商、版本号等；配置信息，主站对从站初始化时，需要对其SM 和FMMU 进 行 配置，否则在从站状态转换时会出错，另外在使用PDO 通信时，也必须对从站1C12、1C13 等对象进行配置[3]，以映射报文中的数据到从站的字典对象中。 从站结构体代码……