EtherCAT主站开发“利器”——EC-Master软件协议栈
发布时间：2023-05-15 作者：www.cechina.cn
本文图片来源：盟通科技
EtherCAT是一种实时工业以太网技术，其CAT为Control Automation Technology即控作为一个基于以太网构筑的现场总线系统，EtherCAT具有高速和低数据丢失率的特点，可以在传输达到100M速率的同时兼具低延时与同步的特点，在要求较高的实时网络通信中是当前流行的重要工业总线。
作为一个基于以太网构筑的现场总线系统，EtherCAT具有高速和低数据丢失率的特点，可以在传输达到100M速率的同时兼具低延时与同步的特点，在要求较高的实时网络通信中是当前流行的重要工业总线。
EtherCAT硬件按功能一般可分为主站和从站，相较其他网络通信技术，其从站可以快速接收和发送信息，提高整体通信效率。
EtherCAT主站在整个总线网络拓扑的结构和功能中发挥主要作用，操作人员通常在主站设置与发布相应的需求和调度。主站软件程序的平台通用性与能否集成其他通讯协议，也就成为了自动化框架建立者在高标准、易交互与成本可控之间需要仔细衡量的关键指标。传统上出于性能考虑，主站程序运行在RTlinux等非图形化页面的系统上，进而带来了跨系统学习的培养成本。
盟通科技在现场总线方案领域拥有近十年的技术沉淀和落地经验，面对国内现场总线需求逐年上升，而专精的网络工程师又确实较少的客观事实，推出了一个全面的EtherCAT主站软件搭建方案——EC-Master。
▲EtherCAT产品开发矩阵示意图
01 EC-Master协议栈是什么？
在介绍EtherCAT协议栈之前，我们需要先了解什么是协议栈。协议栈（Protocol stack），又称协议堆叠，是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。简单来说，协议栈就是计算机网络中各层协议的总和，它形象地反映了一个网络中文件传输的过程。
在协议套件中，每个协议通常都是为了一个特定的目的而设计的，这样可以使得设计更容易。因为每个协议模块通常都要和上下两个其他协议模块通信，它们通常可以想象成是协议栈中的层。最低级的协议总是描述与硬件的物理交互，而每个高级的层次则增加更多的特性。用户应用程序只是处理最上层的协议。总的来说，客户可以通过协议栈来减少开发流程提高开发效率。
EC-Master是一个旨在帮助有需求的用户降低EtherCAT主站软件开发难度的协议栈，该协议栈由ETG资深会员acontis和盟通科技所开发和代理，能在不同的嵌入式操作系统上运行：包含Linux（带实时和不带实时）、Windows 7/8/10、VxWorks、QNX、RTX以及其他更多操作系统。为开发人员提供了更多的选择。
EC-Master协议栈适配多款处理器，拥有丰富的功能与案例，可以使用多种编程语言来定制化地编辑内核库与需要的功能。为进一步方便开发人员，EC-Master还可以通过对应的可视化模拟软件工具和实时环境搭建工具来降低测试难度和提高可移植性能，可以说，EC-Master是盟通科技发行的一款广受好评的软件产品。
▲EC-Master产品结构图
02 EC-Master具体功能有哪些？
EC-Master完全符合ETG基金会公布的ETG1500 EtherCAT主站规范，它已经可以覆盖许多通用的Ether CAT主站的需求。但是EC-Master还包含了一些其他控制器、机械设备或自动化工厂使用EtherCAT技术时可能需要的其他功能。
ETG的1500规范定义了ClassA和ClassB这样两种类型的主站，二者功能EC-Master均可实现:
ClassA
标准的EtherCAT主站设备
功能
◆ 支持EtherCAT网络信息（ENI）配置文件
◆ 支持检查在启动过程中对比原始配置和实际网络
◆ 支持周期性的过程数据交换
◆ 支持CANopen over EtherCAT (CoE)协议：SDO的上传和下载，SDO信息服务（访问CANopen对象字典），紧急情况请求
◆ 支持Servo Profile over EtherCAT（SoE）协议
◆ 支持Ethernet over EtherCAT（EoE）协议（虚拟交换机）
◆ 支持从站与从站之间进行通信
◆ 支持Safety over EtherCAT（FSoE）从站
◆ 支持对从站的EEPROM和寄存器进行访问
◆ 丰富的错误诊断和检测功能
◆ 支持分布式时钟（DC）模式同步
◆ 支持主站和网络同步（DCM）
◆ 支持ADS over EtherCAT（AoE）邮箱协议
◆ 支持Transfer over EtherCAT（FoE）邮箱协议
◆ 支持Vendor over EtherCAT（VoE）邮箱协议
ClassB
最小化的EtherCAT主站设备
功能
◆ 支持EtherCAT网络信息（ENI）配置文件
◆ 支持检查在启动过程中对比原始配置和实际网络
◆ 支持周期性的过程数据交换
◆ 支持CANopen over EtherCAT (CoE)协议：SDO的上传和下载，SDO信息服务（访问CANopen对象字典），紧急情况请求
◆ 支持Servo Profile over EtherCAT（SoE）协议
◆ 支持Ethernet over EtherCAT（EoE）协议（虚拟交换机）
◆ 支持从站与从站之间进行通信
◆ 支持Safety over EtherCAT（FSoE）从站
◆ 支持对从站的EEPROM和寄存器进行访问
◆ 丰富的错误诊断和检测功能
除此之外，EC-Master还有诸如分帧处理、扩展同步、热插拔、线缆冗余、主站冗余、EoE第三方扩展支持工具和UDP Mailbox网关支持等额外功能，这些额外功能进一步扩展了EC-Master的使用场景，更好地帮助了数据传输问题的解决。如有需要，可以与盟通科技联系并进一步地了解更多信息。
03 EC-Master有什么优势？
相较而言，EC-Master对于开源的主站软件开发产品具有更好的稳定性和更多的功能。
EC-Master的主要优势如下：
◆ 低CPU负载的同时保持高性能进而实现快速的更新速率
◆ 适用于多种操作系统
◆ 支持的CPU架构有x86（32 位和 64 位）、ARM（32 位和 64 位）和 PowerPC (PPC)
◆ 适用于 Intel、德州仪器、ST、Broadcom、Nvidia、Renesas、NXP、Xilinx 和 Infineon 等知名品牌供应商的许多处理器
◆ 可靠的售后服务，协助构建完成完整的系统集成方案与基于个性化的自定义控制系统
◆ 拥有大量且稳定的落地案例帮助用户参考与使用：例如，EC-Master已部署于KUKA Robot Control以及 Yaskawa、Lenze 和 Omron 等控制器中并实现落地应用。
除了主要的优势以外，EC-Master还有更全面的功能、多样化的辅助工具和高性价比的价格等其他客观优势。具体场景与需求各不统一，如需了解更多针对性的方案与相关内容，欢迎大家联系EC-Master的中国指定发行方——盟通科技。专业的技术和商务人员将快速对接各位有需要的朋友，协助EC-Master的落地与应用。
04 EC-Master的辅助工具有哪些?
盟通科技在大中华地区不仅代理发行EC-Master协议栈产品本身，也发行多款配套产品。
其中，EC-Win/LxWin是以解决EC-Master实时性需求作为目标的系统级实时解决方案，这个优秀的实时解决方案不仅帮助了对EtherCAT有实时性需求的用户，也帮助了其他用户在Windows系统额外添加实时性功能，通过可视化的管理工具协助客户搭建实施应用环境，并提供了同步测试的功能，显著降低了开发成本。
▲EC-Win实时性解决方案结构图
同时，除EC-Win/LxWin解决方案外，在“以人为本，便于人机交互”的指导思想下，EC-Master开发人员同时开发与维护了多款可视化测试应用程序：
EC-Engineer——专业的EtherCAT网络配置和诊断工具，EtherCAT从站仅需与运行EC-Engineer的Windows PC或者直接与主站协议栈控制系统相连接，就可以使用EC-Engineer在任何位置“离线”完成EtherCAT的配置工作，或在机器上连接真正的EtherCAT网络实现"在线"操作。该软件存在网页版本——EC-Engineer Web方便用户体验。
▲EC-Engineer应用示意图
EC-Simulator——高效的从站模拟仿真工具，EC-Simulator通过仿真EtherCAT从站设备进而实现虚拟化EtherCAT网络，可以做到没有真实的EtherCAT从站硬件的情况下同样可以运行EtherCAT主站应用的效果。
▲EC-Simulator应用示意图
EC-Inspector——可靠的EtherCAT通信分析软件，EC-Inspector 是一款从外部分析和监控 EtherCAT 网络数据帧的软件工具。该程序可以独立于主控制器使用，并且可以与任何制造商（Beckhoff，Omron，Bosch-Rexroth，Lenze，acontis等）的EtherCAT主站一起使用。EC-Inspector通过在主站与从站之间插入的TAP设备分析主站和EtherCAT从站之间的完整数据通信。
▲EC-Inspector应用示意图
以上软件产品均接受过自动化市场与行业的头部知名企业的严苛挑选，有大量实际应用案例，协助用户更方便、更稳定和更安全地部署EtherCAT服务。