第11期 2016年11月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)11=000504
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2016.11.002
EtherCAT主站协议SoE的研究与实现，
常玉冬1,2，王超23
No.11 Nov.2016
（1.中国科学院大学，北京100049；2.中国科学院沈阳计算技术研究所高档数控国家工程研究中心，沈阳110168；3.沈阳高精数控技术有限公司，沈阳110168）
摘要：多种方法实现EtherCAT应用层协议将有利于提升EtherCAT技术在国内数控产品中的应用，使国内的伺服产品的开放性和实时性得到提高，目前CoE协议已经应用于实践且取得了不错的效，所以提出了实现SoE协议并且应用在数控系统中。文章首先介绍了EtherCAT通信协议的基本内容，然后对现有的EtherCAT协议进行分析然后从结构和性能两方面对其进行改进，并通过实验对改进的协议从性能和功能两方面进行验证。
关键词：EtherCAT通信协议；数据顿；状态机；SoE协议
中图分类号：TH166TG659
文献标识码：A
ResearchandImplementationofEtherCATMasterProtocolSoE
CHANG Yu-dong'.2,WANG Chao23
( 1. Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049 , China ; 2. Shenyang Institute of Computing Technology , Chi-nese Academy of Sciences,Shenyang 110168, China)
Abstract: EtherCAT application layer protocol will be beneficial to improve the application of EtherCAT technology in the domestic numerical control products, so as to improve the openness and real-time perform-ance of servo products. At present, CoE has been applied in practice and has achieved good results, so the paper presents the implementation of SoE protocol and application in the numerical control system. This pa-per first introduces the basic content of communication protocol, and then analyzes the existing EtherCAT protocol, and then analyzes the structure and performance of the EtherCAT protocol, and then verifies the improved protocol from two aspects : performance and function.
Key words: EtherCAT communication protocol; data frame;state machine;SoE protocol
0引言
当前工业控制网络和现场总线技术的一个重要的发展方向就是将以太网技术应用于工业控制领域，从而形成工业以太网技术。在众多工业以太网技术中， EtherCAT作为新一代的实时工业以太网技术是由德国BECKHOFF公司2003年提出的，凭借其高速、实时性、低成本、拓扑灵活、配置简单、与普通以太网完全兼容、能最好利用以太网技术等优势得到了迅速发展。
应用层AL（ApplicationLayer）提供了用户与网络
之间的接口，是EtherCAT通信协议层次结构申直接与用户进行交互的功能层，EtherCAT应用层使满足应用层要求的各种协议共同工作，它定义了各种服务协议与应用程序之间的接口并不是具体的应用程序。Eth erCAT作为网络通信技术，支持CANopen协议中的 CiA402和SERCOS协议的应用层（CoE和SoE）等多种设备行规和协议。SERCOS是国际上第一个专门用于伺服驱动器控制的实时数据通信协议标准，而Ether CAT协议的通信性能非常适合数字伺服器的驱动控
收稿日期：2015-12-24
制，所以本文在应用层使用SERCOS应用层协议实现数据接口，并且对EtherCAT通信协议进行改进[16]。
EtherCAT协议简介 1
EtherCAT网络以标准的以太网技术为基础，采用的是主从摸式介质访问控制通信方式，整个网络的通信由主站发起，主站发起下行的数据帧，数据帧追历所有的从站，从站设备采用"OnTheFly"技术]，在报文传输不停止的情况下分析寻址到本站的EtherCAT子报文，并根据报文头中的命令读或写数据到报文中指定位置，同时从站硬件上把该子报文的工作计数器（WKC，Wo-kingCounter)加1，表示该数据已经被相应的从站处理。"OnTheFly"技术是由从站硬件来实现的，这使得Eth-erCAT数据顿经过每个从站的整个过程只会产生纳秒级的延迟，保证了系统的高度实时性。追历完所有的从站后，经过各从站处理的数据顿作为上行数据顿从最后一个从站返回主站，主站收到上行报文后，比较返回报文中的WKC和预期WKC来判断数据顿是否被正确处理，一次通信结束。整个通信过程中充分利用了以太网
*基金项目：“高档数控机床与基础制造装备"国家科技重大专项航空发动机微孔冷加工超快激光数控机床(2014ZX04001041）
作者简分劳数据991—），女，山东菏泽人，中国科学院沈阳计算技术研究所在读硕士，研究方向为软件工程，（E-mail)417135327@qq9-com