EtherCAT 是一種基于 IEEE 802.3 以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，由國(guó)際電工委員會(huì) (IEC 61158) 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。該技術(shù)由 EtherCAT 技術(shù)協(xié)會(huì)（一個(gè)由用戶(hù)和供應(yīng)商組成的國(guó)際社區(qū)）提供支持。該協(xié)議在運(yùn)動(dòng)和電機(jī)控制中尤為常用。EtherCAT 的主要優(yōu)勢(shì)是其支持要求數(shù)據(jù)更新時(shí)間短和通信抖動(dòng)低的自動(dòng)化應(yīng)用。在 EtherCAT 協(xié)議中，EtherCAT 主站（之前英文為 Master）發(fā)送的幀經(jīng)過(guò)每個(gè)從站節(jié)點(diǎn)（之前英文為 Slave）。每個(gè) EtherCAT 從站設(shè)備在檢測(cè)到尋址數(shù)據(jù)后便立即讀取。然后，從站設(shè)備將數(shù)據(jù)插入幀中，然后將幀動(dòng)態(tài)發(fā)送至下一個(gè)設(shè)備。段（或分支）中的最后一個(gè)從站節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到開(kāi)放端口，便將報(bào)文發(fā)送回主站。EtherCAT 主站是段中唯一主動(dòng)發(fā)送新 EtherCAT 幀的節(jié)點(diǎn)。該功能允許網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 90% 以上的可用網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時(shí)防止不可預(yù)測(cè)的延遲，從而保證實(shí)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)。EtherCAT 是使用 EtherType 標(biāo)識(shí)符 (0x88A4) 傳輸?shù)摹?/p>

僅 EtherCAT 主站和最后一個(gè)從站在 LAN 上發(fā)送幀。主站的典型優(yōu)化是使棧直接訪問(wèn)以太網(wǎng) MAC 控制器，不僅繞過(guò)網(wǎng)絡(luò)棧（就像基于原始以太網(wǎng)的 OPC UA Pub-Sub 一樣），還繞過(guò)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)直接或本地?fù)碛姓麄€(gè)以太網(wǎng)外設(shè)。Acontis [6] 和 IBV [7] 是提供此優(yōu)化的棧提供商。圖 2-4 展示了一個(gè)架構(gòu)示例。

EtherCAT 是一種廣泛部署的協(xié)議，許多平臺(tái)上都有詳細(xì)的基準(zhǔn)測(cè)試 [8] [9] [10]。作為可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的參考，達(dá)到的時(shí)鐘同步通常聲稱(chēng)低于 100ns，實(shí)際上為 ±20ns。測(cè)量時(shí)鐘同步的方法通常是使用示波器查看每個(gè)從站節(jié)點(diǎn)上所需的 SYNC 輸出并比較每次測(cè)量的偏移和抖動(dòng)。SYNC 輸出在邏輯上類(lèi)似于從 TSN 時(shí)間同步 (IEEE 802.1AS) 中生成每秒 1 脈沖 (pps) 類(lèi)型的引腳切換。圖 2-5 展示了一個(gè)測(cè)量示例。

對(duì)于第二個(gè)關(guān)鍵時(shí)序指標(biāo)，也就是將以太網(wǎng)幀精確地放置在線路上的能力，嵌入式處理器中的一些以太網(wǎng) MAC（如德州儀器 (TI) Sitara?）和諸如 Intel i210 的網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC) 添加了一個(gè)非 IEEE 功能，稱(chēng)為“時(shí)間觸發(fā)發(fā)送”(TTS)。此功能允許在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)（通常就在通信周期的開(kāi)始）將以太網(wǎng)幀精確地放置在線路上。在 100Mbit/s（當(dāng)今部署的典型 EtherCAT）下，精確度達(dá)到 +-40ns[5]。