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'''EtherCAT'''（'''乙太網控制自動化技術'''）是一个開放架構，以乙太網做基礎的現場總線系統，這个名稱的 CAT 為控制自動化技術（'''C'''ontrol'''A'''utomation'''T'''echnology）字首的縮寫。EtherCAT 是確定性的工業以太網，上早是由德國的 Beckhoff 公司研發。

自動化對通訊一般會要求較短的資料更新時間（抑是禮拜的時間）、 資料仝步的時陣的通訊顫動量低，猶閣硬體的成本愛低，EtherCAT 開發的目的就是予乙太網會當運用佇咧自動化應用中。

==機能原理==

一般工業通訊的網路各節點傳送的資料長度無長，大部份攏比乙太網爿的上細長度愛細。啊若逐个節點逐改換新的資料攏愛送出一个孵，造成誠闊的低利用率，網路的整體性能也綴咧下降。EtherCAT 利用一種號做「飛速傳輸」（processing on the fly）的技術改善以上的問題。

佇咧 EtherCAT 網路中，做資料被通過 EtherCAT 節點鐘，節點會複製資料，閣傳送到後一个節點，同時識別對應這節點的資料，會去對應的處理，若是節點欲送出資料，嘛會佇傳送到後一个節點的資料當中插入欲送出的資料
。 每一个節點接收佮傳送的資料少於一微秒，一般來講干焦用一个抹的資料就會當供所有的網路上的節點傳送佮接收的資料。

==通訊協定==

EtherCAT 通訊協定是針對程序資料而進行優化，利用標準的 IEEE 八百空二孵三以太網友傳達，Ethertype 為零 x 八十八 a 四。其資料順序佮網站頂懸設備的實體順序無關係，定址順序嘛無限制。主站會當和對站做廣播佮加播遮的通訊。若需要 IP 路由，EtherCAT 通訊協定會當囥入 UDP / IP 資料包中。

==性能==

EtherCAT 彼禮拜時間短，是因為對徛的微處理器無需要處理乙太網的封包。所有的程序資料攏是由對站控制器的硬體來處理。這個特性閣配合 EtherCAT 的機能原理，予得 EtherCAT 會當成做高性能的分散式 I / O 系統：包含一千个分散式數位輸入 / 輸出的程序資料交換只需要三十 us，相當於在一百 Mbit / s 的乙太網傳輸一百二十五个位元組的資料。讀寫一百个侍服軸的系統會使十  kHz 的速率更新，一般的更新速率大約是一–三十  kHz，但是嘛會當使用較低的更新速率，以避免傷過捷的直接記持體存取影響主站個人電腦的運作。

==拓撲==

EtherCAT 使用全雙工的乙太網實體層，對站可能有兩个抑是兩个以上的埠頭。若設備無偵測著其他的下游有其他的設備，對站的控制器會自動關起來對應的埠頭並回傳以太網友。因為上述的特性，EtherCAT 強欲支援所有的網路拓撲，包括總線式、樹狀抑是星狀，現場總線捷用的總線式拓撲嘛會當用佇以太網當中。

EtherCAT 的拓撲會用網路線、分枝抑是短線（stub）作任意的組合。有三个抑是三个以上以上太網接口的設備就會當當做分接器，無一定愛一定愛用網路交換器。
因為使用一百 BASE-TX 的以太網物理層，二个設備之間的距離會當到一百公尺，一个 EtherCAT 區段的網路上濟會當有六石五千五百三十五个設備。若是 EtherCAT 網路是使用環狀拓撲（主站設備需要有二个通訊埠頭）， 則這佇網路也有纜線趁的機能。

==仝步==

為著系統的仝步，EtherCAT 協定內底有提供分散式時鐘機制，就算通訊循環週期有咧顫，時鐘會掣咧偌遠咧一 µs，大約是接近 IEEE 一千五百八十八精密時間協議的標準。所以 EtherCAT 的主站的設備毋免針對時鐘使用特殊的硬體，會當用軟體實這馬任何標準的乙太網 MAC，就算講無特殊的通訊協處理器嘛無關係。

標準建立分散式時鐘的程序是由主站送出一特定位址的廣播訊息予所有對站來啟動。若使用環狀來拓撲，所有對站會佇咧收著消息的時陣分鎖內部的時鐘，當訊息轉來的時陣會閣再刷鎖內部的時鐘一擺。主站會讀所有對站牌鎖的值，計算逐个對站的延延。為著消除咧顫的影響佮求愛平均值，主站會儘可能較濟擺來做的程序。所有的對站延延會依各對站佇站環狀楦做伙的位來計算，記錄佇咧一个偏移暫存器當中。最後主站送出一个讀寫系統時鐘的廣播訊息，第一个對站的時鐘為參考時鐘，其他對徛的內部時鐘會調整到和第一个對徛仝款。

為著初初化了後保持時鐘的仝步，主站抑是講對站需定期閣送出廣播訊號，以計算逐个對站內部時鐘的速度差異，若有需要時間，對站需要會當調整家己時鐘的速度，或者是有其他調整時鐘的機制。

系統時鐘是一个六十四位元的計時器，計數內容是對二空空空年一月初一零點空分開始所經過的時間，單位是奈秒（ns）。

==設備行規==

設備行規（device profile）描述應用需要的參數佮設備的機能特性，包括可能依設備種類而無仝款的狀態機。總線技術內底已經有真濟可靠的設備行規，比如講 I / O 設備、驅動器抑是活門遮設備。EtherCAT 同時支援 CANopen 設備行規及 Sercos 趕動器行規。對 CANopen 抑是 Sercos 徙栽到 EtherCAT 時，佇應用觀點看著的內容是一鋪的，嘛會用得方便使用者抑是設備製造商的轉換。

==機能安全==

EtherCAT 有一个加強協定版本，這號做 Safety over EtherCAT，會當佇仝一个網路頂懸進行機能安全相關的通訊佮一般的控制通訊。這个安全通訊是以 EtherCAT 的應用層為基礎，袂影響底層的通訊協定。Safety over EtherCAT 有通過 IEC 六桱一千五百空八的認證，符合安全完整性等級（SIL）三的要求。自二空空五年開始已經有使用 Safety over EtherCAT 的產品上市。

==實現==

EtherCAT 主站會當用軟體，佇咧標準的乙太網 MAC 中實現。真濟供應商有提供佇無仝款作業系統之下的程式碼，也有誠濟開源軟體或者是共享軟體。EtherCAT 踮站需要特殊的 EtherCAT 對站控制器，才會當實現飛速傳輸（processing on the fly）的技術。EtherCAT 對站控制台灣會當用 FPGA 來實現，而且閣有現成的代碼，此控制器嘛會當用 ASIC 來實現。

==參考資料==

==其他參考資料==

* Büttner , H . ; Janssen , D . ; Rostan , M . , 存馮副本 ( PDF ) , PC Control Magazine , 兩千空三 ,'''三''': 十四–十九 [二千空一十二孵九九十一] ,（原始的內容 ( PDF ) 存檔佇兩千空一十二孵二孵十九）
* Janssen , D . ; Büttner , H . , Computing & Control Engineering Journal , 兩千空四 ,'''十五''': 十六–二十一
* Rostan , M . , High Speed Industrial Ethernet for Semiconductor Equipment , SEMI Technical Symposium : Innovations in Semiconductor Manufacturing ( PDF ) , San Francisco , CA , USA : SEMI , 兩千空四 [二千空一十二孵九九十一] ,（原始內容存檔 ( PDF ) 佇二千空一十二孵七孵二十一）
* Potra , S . ; Sebestyen , G . , EtherCAT Protocol Implementation Issues on an Embedded Linux Platform , IEEE-TTTC International Conference on Automation , Quality and Testing , Robotics AQTR 二千空六 , Cluj-Napora , Romania : IEEE : 四仔二–四仔二五 , 二千空六
* Robertz , S . G . ; Nilsson , K . ; Henriksson , R . ; Blomdell , A . , Industrial robot motion control with real-time Java and EtherCAT , 十二 th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation , Patras , Greece : IEEE , 兩千空七
* Beckmann , G . ; Sachs , J . , 存馮副本 ( PDF ) , PC Control Magazine , 兩千空七 ,'''一''': 二十二–二十七 [二千空一十二孵八堵二十四] ,（原始內容存檔 ( PDF ) 佇二千空一十二孵七孵二十一）
* Cena , Gianluca ; Cibrario Bertolotti , Ivan ; Scanzio , Stefano ; Valenzano , Adriano ; Zunino , Claudio , On the accuracy of the distributed clock mechanism in EtherCAT , Factory Communication Systems ( WFCS ) , 二千空一十八 th IEEE International Workshop on , Nancy , France : IEEE : 四十三–五十二 , 二千空一十 [二千空一十二孵九九十一] , doi : 十席一一空九 / WFCS . 二千空一十五五四八六三八 ,（原始內容存檔佇咧二千空一十九學十六）

==外部連結==

* EtherCAT Technology Group
* EtherCAT Technology Group China

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