EtherCAT 通讯架构与MII数字接口简介 EtherCAT 是一种基于标准 Ethernet 的工业实时协议,采用符合 IEEE 802.3u 标准的 100BASE-TX 以太网物理层(PHY),传输速率达 100 Mbps,并支持全双工通讯,意味着装置可以同时进行数据的接收与传送。虽然物理层具备全双工能力,但在协议层面,EtherCAT 的数据流是以逻辑上的「单向串链」方式进行。这种设计不仅提升了通讯效率,也降低了延迟。藉由这种高效的物理层传输技术与逻辑架构,EtherCAT 能够充分发挥实时通讯效能,并与既有的工业 Ethernet 基础设施兼容,在工业自动化领域中提供稳定且高效的解决方案。 EtherCAT 封包结构是基于 Ethernet II frame 格式,由三个主要部分组成:Ethernet Header(包含 Destination MAC、Source MAC 及 EtherType 0x88A4)、EtherCAT Data(包含一个或多个 EtherCAT Datagram,内含命令、地址、数据与 Working Counter 等字段),以及最后的 FCS(Frame Check Sequence) 用于错误检查。整个封包设计允许 EtherCAT Master 将封包以「on-the-fly」方式穿越所有 Slave 装置,实现高效实时通讯。 MII(Media Independent Interface)在 EtherCAT 的实时通讯架构中扮演关键角色,实现低延迟与高同步特性。MII 采用 10/100 Mbps 全双工传输,作为数字控制器与物理层之间的标准接口,能同时支持数据的接收与传送。当 EtherCAT Slave Controller(ESC)透过 MII 与 Ethernet PHY 相连时,EtherCAT 封包会以 MII 作为数据信道,在 ESC 与 PHY 之间传输。ESC 采用 on-the-fly 处理机制,能实时接收由主站透过 PHY 传入的封包,并在不缓存整个封包的情况下直接撷取、处理所需数据,接着再经由另一组 MII 将封包转送至下一个 PHY。透过这种架构,ESC 能有效实现 EtherCAT 封包的实时转送与数据交换。因此,MII 是 ESC 与物理层之间传递 EtherCAT 封包的核心硬件接口,对于整体通讯效率与实时性至关重要。
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EtherCAT:Slave环境量测示意图。
MII 实测与逻辑分析仪应用 测试目的 利用 ZEROPLUS 逻辑分析仪 对 ESC的 MII 接口进行时序和封包分析,分析以下项目: * MII 信号时序与波形正确性 * 数据位与控制信号的同步性 * EtherCAT 封包资料是否符合规范 * 响应时延、数据完整性 |
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测试方法 (EtherCAT 封包解碼画面分析) 在测试过程中,利用逻辑分析仪拥有的 EtherCAT 译码功能,对 ESC 与 PHY 之间的 MII 信号进行完整搁描与分析,具体含以下内容: EtherCAT 封包数据译码:显示指令类型、地址、长度、数据内容分析清楚明了 MII 时序解碼分析:分析 TX/RX、CLK、EN、DV 与数据位的同步关系 时序与数据一致性验证:比对写入与回读的状态记忆器,确保数据传送无误 封包列表分析: EtherCAT 封包已被解碼,列出封包内容,和底层波形线型一致,方便快速识别数据源头与错误点,减少用户查找规格书次数 |
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