EtherCAT協(xié)議本身決定了它無需接收以太網數(shù)據包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據復制到各個設備。它具有主從數(shù)據交換原理，需要主站和從站配合完成工作，因而，EtherCAT非常適合主從控制器之間的通訊。EtherCAT主站傳遞的以太網幀包含了所有的I/O從站數(shù)據，報文在I/O從站間傳遞，每個從站用極短的時間獲取數(shù)據并將要發(fā)出的數(shù)據寫入到以太網幀的相應位置，然后將報文傳遞給下一個從站。zui后一個從站處理結束后，將報文傳遞回EtherCAT主站。　　
　　EtherCAT協(xié)議結構如圖2所示。圖2表明，由于發(fā)送和接收的以太網幀壓縮了大量的設備數(shù)據，EtherCAT充分利用了IO層的帶寬，采用EtherCAT協(xié)議進行數(shù)據傳輸，可用的數(shù)據傳輸速率可達90%以上，100Mbit/s的全雙工特性*得以利用。有資料表明其處理1000個數(shù)字量I/O只需30微秒，處理200個l6位模擬量信號只需50微秒，即取樣頻率達到20kHz。這種實時以太網協(xié)議非常適合要求實現(xiàn)快速控制的應用場合，可以做到真正把以太網應用于傳感器/執(zhí)行器級。EtherCAT協(xié)議本身決定了它幾乎支持任何拓撲類型，包括線型、樹型、星型等，并且不受限于級聯(lián)交換機或集線器的數(shù)量。
　　
　　在故障診斷方面，EtherCAT通過CRC校驗，可以有效地檢測出數(shù)據傳送期間的位故障，EtherCAT通過匹配性檢查可以進行斷線檢測和故障定位。另外，EtherCAT系統(tǒng)的協(xié)議還可以對各個傳輸段分別進行品質監(jiān)視，與錯誤計數(shù)器關聯(lián)的自動評估還可以對關鍵的網絡段進行定位。
　　
　　三、EtherCAT的實現(xiàn)
　　
　　EtherCAT技術的實現(xiàn)包括主站實現(xiàn)和從站實現(xiàn)。EtherCat主站不需要的通訊處理器，只需使用無源的NIC卡或主板集成的以太網MAC設備即可，*采用軟件方式在主機CPU中實現(xiàn)協(xié)議的識別和封裝。EtherCat可以在單個以太網幀中zui多實現(xiàn)1486字節(jié)的分布式過程數(shù)據通訊。為了方便主站的開發(fā)，EtherCat組織現(xiàn)在提供主站樣本代碼，可以方便的把該代碼嵌入到實時操作系統(tǒng)中，加快項目開發(fā)進程。本文采用的EtherCAT主站的人機界面如圖3所示。　　　　
　　EtherCat從站是通過硬件實現(xiàn)的，目前，有多家制造商均提供EtherCAT從站控制器，也可以一次性購買獲取*的二進制代碼，通過價格低廉的FPGA實現(xiàn)從站控制器的功能。實現(xiàn)從站的硬件都具有兩個MAC地址，可以很容易的擴展兩個網口，目的是便于實現(xiàn)級聯(lián)，構成各種拓撲結構。
　　
　　本文采用TI公司的16位處理器TMS320LF2407作為微處理器，采用Beckhoff公司的ET1100作為工業(yè)以太網Ethercat協(xié)議通訊控制器。TMS320LF2407實現(xiàn)了EtherCat協(xié)議的應用層，可以通過16位并口對ET1100內部的DPRAM進行數(shù)據存取。ET1100帶有兩個MII接口，它們在硬件上實現(xiàn)了EtherCat協(xié)議的數(shù)據鏈路層，外擴的兩個物理層芯片實現(xiàn)了工業(yè)以太網的的物理層。網絡變壓器的作用是實現(xiàn)隔離和阻抗匹配。主站PC與從站的數(shù)據通訊速率達到100Mbit/s，具體的實現(xiàn)從站的原理框圖如圖4所示。　　　　
　　四、結論與展望
　　
　　EtherCAT作為工業(yè)自動化以太網解決方案，以其高速、簡單、易于實現(xiàn)正在獲得越來越多的研發(fā)人員的青睞，上已經有多個廠家研發(fā)出自己的主站產品和從站芯片，國內也有多個廠家開始著力于該技術的產品開發(fā)。新華集團研發(fā)中心已經在國內實現(xiàn)了EtherCAT技術的產品化，成功研發(fā)了國內*套基于EtherCAT的DCSTisNet－E1000，在國內了基于EtherCAT技術的自動化產品開發(fā)。