EtherCAT 是一種基于 IEEE 802.3 以太網的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，由國際電工委員會 (IEC 61158) 進行了標準化。該技術由 EtherCAT 技術協(xié)會（一個由用戶和供應商組成的國際社區(qū)）提供支持。該協(xié)議在運動和電機控制中尤為常用。EtherCAT 的主要優(yōu)勢是其支持要求數(shù)據更新時間短和通信抖動低的自動化應用。在 EtherCAT 協(xié)議中，EtherCAT 主站（之前英文為 Master）發(fā)送的幀經過每個從站節(jié)點（之前英文為 Slave）。每個 EtherCAT 從站設備在檢測到尋址數(shù)據后便立即讀取。然后，從站設備將數(shù)據插入幀中，然后將幀動態(tài)發(fā)送至下一個設備。段（或分支）中的最后一個從站節(jié)點檢測到開放端口，便將報文發(fā)送回主站。EtherCAT 主站是段中唯一主動發(fā)送新 EtherCAT 幀的節(jié)點。該功能允許網絡實現(xiàn) 90% 以上的可用網絡帶寬，同時防止不可預測的延遲，從而保證實時系統(tǒng)響應。EtherCAT 是使用 EtherType 標識符 (0x88A4) 傳輸?shù)摹?/p>

僅 EtherCAT 主站和最后一個從站在 LAN 上發(fā)送幀。主站的典型優(yōu)化是使棧直接訪問以太網 MAC 控制器，不僅繞過網絡棧（就像基于原始以太網的 OPC UA Pub-Sub 一樣），還繞過以太網驅動程序來直接或本地擁有整個以太網外設。Acontis [6] 和 IBV [7] 是提供此優(yōu)化的棧提供商。圖 2-4 展示了一個架構示例。

EtherCAT 是一種廣泛部署的協(xié)議，許多平臺上都有詳細的基準測試 [8] [9] [10]。作為可實現(xiàn)目標的參考，達到的時鐘同步通常聲稱低于 100ns，實際上為 ±20ns。測量時鐘同步的方法通常是使用示波器查看每個從站節(jié)點上所需的 SYNC 輸出并比較每次測量的偏移和抖動。SYNC 輸出在邏輯上類似于從 TSN 時間同步 (IEEE 802.1AS) 中生成每秒 1 脈沖 (pps) 類型的引腳切換。圖 2-5 展示了一個測量示例。

對于第二個關鍵時序指標，也就是將以太網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 MAC（如德州儀器 (TI) Sitara?）和諸如 Intel i210 的網絡接口卡 (NIC) 添加了一個非 IEEE 功能，稱為“時間觸發(fā)發(fā)送”(TTS)。此功能允許在某個時間點（通常就在通信周期的開始）將以太網幀精確地放置在線路上。在 100Mbit/s（當今部署的典型 EtherCAT）下，精確度達到 +-40ns[5]。