2.2 EtherCAT 规范概述

2.2.1 EtherCAT的概念

从概念上讲，工业以太网是一种数字式通信网络，用于将工业控制和仪表设备集成为一个系统。典型设备有变频器、传感器、执行机构和控制器。

EtherCAT协议已被工程化，以支持任何工业部门及相关领域的信息处理、监控和监控系统。它是一个在过程车间的传感器、执行机构、本地控制器之间，并与可编程控制器互连在一起的一个高完整性的低层通信应用实例。

DL/AL服务和协议如图2-8所示，该图说明了数据链路层和应用层的服务与协议视点之间的差异。

协议部分表示层实现者的视点，服务部分表示层用户的视点。

1.应用层结构

应用层结构如下。

1）GB/T31230.5的类型特定部分中的应用服务元素（ASE）描述“做什么”。

2）GB/T31230.6的类型特定部分中的应用关系（AR）描述“怎么做”。

2.数据链路层结构

数据链路层结构如下。

1）GB/T31230.3的类型特定部分中的数据链路服务和模型描述“做什么”。

2）GB/T31230.4的类型特定部分中的数据链路协议机以及媒体访问原理描述“怎么做”。

物理层的结构类似，但因其服务容易描述，因此这些服务定义与物理层协议规范出现在同一规范（GB/T31230.2）中。

1）物理层服务和模型描述“做什么”。

2）物理层电磁和机械规范描述“怎么做”。

2.2.2 EtherCAT对OSI基本参考模型的映射

采用GB/T9387的原理、方法论和模型来描述EtherCAT的协议类型。OSI模型提供了对通信标准的分层方法，据此可独立地开发和修改各层。EtherCAT规定了完整的OSI通信栈由顶至底的功能，以及潜在地规定了通信栈用户的某些功能。OSI的中间层（第3～6层）的功能可被浓缩到EtherCAT的数据链路层或EtherCAT的应用层，或可由一个单独的层实现。同样，为了简化用户操作，EtherCAT应用层可提供现场总线应用层的用户公用的若干特性。

OSI和EtherCAT各层对应关系见表2-1。该表列出了OSI各层、其功能以及在EtherCAT基本现场总线参考模型中等效的各层。

2.2.3 EtherCAT的服务和协议特性

1.物理层服务和协议特性

EtherCAT规定标准ISO/IEC8802-3物理层及以下变型：线缆媒体，100Mbit/s，低电压差分信号模式（平行耦合），由ANSITIA/EIA-644-A规定。

2.数据链路层服务特性

EtherCAT支持数据链路服务，并能提供ISO/IEC8886中规定的服务中的无连接子集。

3.数据链路层协议特性

EtherCAT支持用于EtherCATDL服务的DL协议。最大系统大小含不限个数的段，每个段含有2¹⁶个节点。每个节点最大有2¹⁶个对等端以及发布者/订阅者DLCEP。

4.应用层服务特性

包含在应用过程中的FAL应用实体（AE）提供FAL 服务和协议。FALAE是由一组面向对象的应用服务单元（ASE）和一个管理AE的管理实体（LME）组成。ASE提供工作在一系列相关的应用过程对象（APO）类的通信服务。在FALASE中有一个管理ASE，它提供一组用于管理FAL类实例的通用服务。

EtherCAT支持提供无连接循环数据交换的应用服务和用于不同ASE的自发通信。

5.应用层协议特性

现场总线应用层（FAL）是一种应用层通信标准，被设计用来支持自动化环境下的各设备间时间关键的应用请求和响应的传送。

EtherCAT支持规定EtherCAT应用服务元素的抽象语法、编码和行为的应用协议。