EtherCAT协议概述
EtherCAT 是由德国 BECKOFF 自动化公司于2003年提出的实时工业以太网技术。它具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构。其从站节点使用专用的控制芯片，主站使用标准的以太网控制器。
EtherCAT 的主要特点如下 :
①泛的适用性，任何帮商用以太阿控制器的控制单元都可作为 EtherCAT主站。从小型的16位处理器到使用 3GHz处理器的PC系统，任何计算机都可以成为 EtherCAT 控制系统。
②完全符合以太网标准，EtherCAT 可以与其他以太网设备及协议并存于同一总线，以太网交换机等标准结构组件也可以用于 EtherCAT。
③无须从属子网，复杂的节点或只有 2 位的 1/0 节点都可以用作 EtherCAT 从站 ;
④ 高效率，最大化利用以太网带宽进行用户数据传输。
⑤ 刷新周期短，可以达到小于100us的数据刷新周期,可以用于伺服技术中底层的闭环控制。
⑥同步性能好，各从站节点设备可以达到小于1us的时钟同步精度 。
目前，EtherCAT 已经进入多种相关国际标准:
• IEC61158 中 Type12;
• IEC61784 中 CPF12;
• IEC61800 中，EtherCAT 支持 CANopen DS402 和 SERCOS;
. IS015745 中，EtherCAT 支持 DS301 。
EtherCAT 支持多种设备连接拓扑结构 : 线形、树形或星形结构，可以选用的物理介质有 100Base-TX 标准以太网电缆或光缆。使用 100Base-TX 电缆时站间距离可以达到 100m。搭个网络最多可以连接 65535 个设备。使用快速以太网 "全双工"通信技术构成主从式的环型结构如图1. 2 所示。
从以太网的角度看，一个 EtherCAT 网段可被简单地看作一个独立的以太网设备。该"设备"接收并发送以太网报文。然而，这个"设备"并没有以太网控制器及相应的微处理器，而是由多个EtherCAT从站组成。这些从站可直接处理接收的报文，并从报文中提取或插入相关的用户数据， 然后将该报文传输到下一个 EtherCAT 从站。最后一个 EtherCAT 从站发回经过完全处理的报文，并由第一个从站作为响应报文发送给控制单元。这个过程利用了以太网设备独立处理取向传输(Tx 和Rx)的特点，并运行在全双工模式下，发出的报文又通过Rx 线返回到控制单元。
报文经过从站节点时，从站识别出相关的命令并做出相应的处理。信息的处理在硬件中完成，延迟时间约为 100-500 ns (取决于物理层器件)，通信性能独立于从站设备控制微处理器的响应时间。每个从站设备有最大容量为 64K 字节的可编址内存，可完成连续的或同步的读写操作。多个EtherCAT 命令数据可以被嵌入到一个以太网报文中，每个数据对应独立的设备或内存区。
EtherCAT 大大提高了现场总线的性能，例如，控制 1000 个开关最输入和输出的刷新时间约为30us。单个以太网帧最多可容纳 1486字节的过程数据，相当于 12000 位开关量数字输入和输出，刷新时间约为300us。控制 100 个伺服电机的数据通信周期约为 100 uS。
EtherCAT 使用一个专门的以太阿数据帧类型定义，用以太网数据帧传输 EtherCAT 数据包，也可以使用 UDP/IP 协议格式传输 EtherCAT 数据包。一个 EtherCAT 数据包可以由多个 EtherCAT 子报文组成，如图1. 2 所示。EtherCAT 从站不处理非 EtherCAT 数据帧，其他类型的以太网应用数据可以分段打包为EtherCAT 数据子报文在网段内透明传输，以实现相应的通信服务。