深入解析方芯FCE1100与FCE1353 EtherCAT四口交换机方案

EtherCAT交换机概述

在工业自动化领域，EtherCAT技术凭借其高速度、灵活性和高效性，已成为众多自动化控制系统中的首选。为了适应复杂网络拓扑结构和多设备连接的需求，EtherCAT四口分支器应运而生。EtherCAT四口分支器是一种专为EtherCAT网络设计的网络设备，可实现设备分支连接与环网冗余。它通常配备一个输入端口和三个输出端口，数据帧在分支器内部经过特定的端口顺序，确保各个分支路径上的设备能够顺畅通信。本文将深入探讨EtherCAT四口分支器的方案特点、应用优势以及在实际部署时需要考虑的因素。

四口EtherCAT交换机方案介绍

FCE1100四口交换机方案

FCE1100是一颗对标倍福ET1100的EtherCAT的从站芯片，它具备2-4个以太网端口（可配置为LVDS或MII接口），拥有8个FMMU、8个同步管理器SM，内置8KB RAM，集成64位分布式时钟DC，提供32位数字量I/O信号接口（可单向或双向），支持SPI从站接口，以及8/16位同步/异步微处理器接口。而FCE1100的四口EtherCAT交换机方案使用一颗FCE1100与PHY芯片即可实现高速、低延迟的实时通信。可将FCE1100的四个端口均配置为MII接口，其中逻辑端口0作为EtherCAT网络的输入端口；逻辑端口1、2和3则可用于连接其他耦合器或EtherCAT从站模块。各端口支持网线热插拔功能，使得在不中断网络运行的情况下，可以随时连接或断开设备。

基于方芯FCE1100芯片的四口交换机方案示意图

基于方芯FCE1100芯片的四口交换机方案板卡

FCE1353四口交换机方案

FCE1353是一款与Microchip LAN9253/2对标的EtherCAT从站芯片，它支持2/3端口的EtherCAT从站控制功能。该芯片的资源包括8KB的双端口存储器（DPRAM）、8个SyncManager、8个现场总线内存管理单元（FMMU）以及一个64位分布式时钟。芯片内部集成了两个以太网PHY，每个PHY均支持全双工100BASE-TX收发功能，能够以100Mbps的速度运行。通过使用两颗FCE1353芯片，可以实现四口EtherCAT分支器的功能。与FCE1100相比，FCE1353在四口分支器方案上的优势在于其内部集成了两颗PHY芯片，无需额外的PHY芯片。将FCE1353_A配置为下行模式，FCE1353_B配置为上行模式，并通过BACK-TO-BACK方式连接这两颗芯片，即可实现四口EtherCAT分支器的功能。

基于FCE1353芯片的四口分支器方案示意图

方案特点

高性能处理：采用高性能的ASIC芯片，例如FCE1100或FCE1353，EtherCAT四口分支器能够高效处理EtherCAT数据帧，确保数据的实时性和完整性。

灵活配置：分支器的端口支持热插拔技术，使得在系统运行期间可以安全地进行连接或断开操作。

支持多种拓扑结构：EtherCAT四口分支器支持星型、线型和树型等多种拓扑结构，为复杂的自动化控制系统提供了灵活的布线解决方案。

高稳定性：分支器内部具备自动转发和回环功能，确保各个分支路径的连接状态独立运作。即使某一路径出现故障，也不会影响其他路径，从而提高了系统的稳定性和可靠性。

方案优势

简化布线：利用EtherCAT四口分支器，多个设备能够连接至单一主站，显著简化了布线流程，同时降低了布线成本。

提升扩展性：分支器具备级联功能，便于网络规模的灵活扩展，以适应未来设备数量的增加。

降低维护成本：分支器支持热插拔和自动转发功能，允许在系统运行时安全地更换或维护设备，从而减少维护成本和时间。

增强系统性能：采用高性能分支器芯片和灵活的接口配置，确保了数据的实时传输和高效处理，进而提升了整个自动化控制系统的性能。

实际部署中的考虑因素

网络拓扑结构：部署EtherCAT四口分支器时，应依据具体应用场景挑选恰当的网络拓扑结构。例如，在多个设备需共用同一主站的场合，星型拓扑结构是一个理想的选择。

设备兼容性：在选择EtherCAT四口分支器时，必须确保其与现有的PLC主站及其他从站设备兼容，涵盖硬件接口、通信协议以及数据格式等关键方面。

环境适应性：分支器的工作环境，考虑温度、湿度、电磁干扰等要素。选择具备金属外壳、抗电磁干扰等特性的分支器，以保障其在严苛工业环境中的稳定性能。

FCE1100_DP83848四口分支器测试实例

准备工作

1.打开TwinCAT，将xml文件拷到:C:TwinCAT3.1ConfigIoEtherCAT。点击“TwinCAT”→“EtherCAT Devices”→“Reload Device Descriptions”重新读取XML文件库。

2.在Twincat内安装EtherCAT的主站网卡驱动：点击 “TwinCAT”→“Show Realtime...”。这里推荐使用Intel的CPU和网卡。

3.选择网卡，点击install，若安装成功则会显示在安装成功等待使用的列表下。

新建工程

1.点击“文件”→“新建”→“项目”

2.选择“TwinCAT projects”，自定义名称后点击确定。

从站测试

1.从站设备如下图

2.级联关系示意图如下

3.设备上电，右键“Devices”，点击scan，扫描从站。

4.点击“确定”

5.点击“OK”

6. 依次点击“是”

XML文件烧录

1.右键从站设备，烧录对应的XML文件到从站板载EEPROM中

2.烧录四口分支器对应的XML文件

3.右下角会显示烧录与验证进度条，进度条跑满2轮代表完成，若中途进度条卡住建议重新烧录。

4.烧录完成后移除设备重新扫描，从站正常进入OP。

结语

方芯的FCE1100与FCE1353EtherCAT四口分支器方案是方芯推出的在工业自动化领域较为高效、灵活且可靠的网络解决方案。它通过简化布线、提升扩展性、降低维护成本以及增强系统性能等优势，成为连接众多设备和构建复杂网络拓扑结构的关键组件。在实际应用部署时，须综合考虑应用场景、设备兼容性以及性能需求等因素，以确保系统的稳定性和高效性能。如要获取原理图以及方案信息，可评论留言。

审核编辑 黄宇