一.EtherCAT 协议

EtherCAT 是由德国 BECKHOFF 自动化公司于 2003 年提出的实时工业以太网技术，使用标准以太网器件和串行转发技术实现，已成为工业以太网的主流技术之一，获得广泛应用． 目前 EtherCAT已经成为国际标准 IEC 61158，IEC 61784-2，ISO 15745-4［2］． EtherCAT 采用主从式控制结构，主站配置标准的 100Base-TX 以太网卡，从站采用专用芯片．

图 1 为 EtherCAT 基本运行原理． 主站发出下行报文遍历所有从站设备，每个从站在报文经过时从中读取主站发给本站的数据，再将本站返回给主站的数据写入指定的报文，然后传递报文给下一个从站，最后一个从站把经过完全处理的报文做为上行报文返回发送给主站，主站收到上行报文后，处理返回数据，一次通信结束。

 

图1EtherCAT 运行原理

EtherCAT 帧结构如图 2 所示，EtherCAT 数据帧使用以太网 V2 格式的 MAC 帧，包含帧检验序列( FCS，Frame Check Sequence) 以 太 网 类 型 为0x88A4［4］． EtherCAT 数据帧包含 EtherCAT 子报文，各子报文结构相同，因此本文将 EtherCAT 子报文称为重复报文，重复报文中包含一个重复终止标志，即 EtherCAT 的“M”字段． 表 1 所示为“子报文”字段以下所有各子叶字段的长度和含义．

 

图2 EtherCAT 帧结构

二.数据侦听器和协议解析器结构
以太网数据侦听器和协议解析器用于以太网故障诊断和协议分析，是工业以太网设备开发和维护的重要工具，它们组成的系统结构如图 3 所示．

 

图 3 侦听器和解析器构成

三.EtherCAT的拓扑结构

EtherCAT拓扑结构非常灵活支持多种拓扑类型，比如:线形、树形、星形以及菊花链等各种物理拓扑以及各种拓扑结构的组合,从而提高了不同场合布线的灵活性。其中最有效的布线方式是由分支形、线形或树形进行组合.如图

 

图4 拓扑结构种类科普

选用不同的传输电缆可以最大限度地发挥布线的灵活性。灵活经济的标准以太网可通过快速以太网模式（100BASE-TX）或LVDS传输信号。100BASE-TX电缆的物理层允许设备之间的最大长度为100M而的物理层只能保障10M的传输间距适合于近距离站点的连接.

 

图5 EtherCAT拓扑结构

四.EtherCAT协议的应用

应用层是EtherCAT协议最高的一个功能层，它主要负责完成主站状态机的转换，定义控制程序和网络交互的接口，提供了邮箱通信的接口，使符合此应用层协议的应用程序可以协同工作。应用层支持的协议有 CANopen、用于文件的上传和下载的FOE协议，以及用于伺服驱动器控制的实时数据通信协议SOE等。

（1）FOE：文件传输协议，类似于TFTP，实现简单。

（2）EOE：支持IP标准的协议，TCP/IP.UDP/IP和其他一些高层协议（HTTP和FTP等），从而扩大了EtherCAT的应用范围。

（3）SOE

（4）COE