实时以太网：I/O 层超高速以太网

EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)
是德国倍福（Beckhoff）最新提出的开放式实时以太网。
EtherCAT 使用了标准的以太网技术并即将公布其协议，因此
它确定了网络开放性的新标准。同时，由于它可在30μs 内通
过双绞线或光纤电缆处理1 000 个数字量I/O，从而也确定了
实时以太网性能的新标准。EtherCAT 为用户在使用网络拓扑
结构时提供了选择，即采用传统的、价格更加昂贵的星型拓
扑结构或者是采用低成本的总线型拓扑结构—无需昂贵的专
用组件。EtherCAT 使用的是市场上非常普遍且经济的以太网
卡(NIC)，而其它的实时以太网则往往需要特殊且昂贵的以太
网卡。
图1 EtherCAT
★ 工作原理
EtherCAT 突破了其它以太网解决方案的系统限制：不必
再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解
码并复制为过程数据。当报文在设备的持续传送过程中，每
个I/O 端子中的FMMU(Fieldbus Memory Management Unit)
就可以读出该报文中指定到此I/O 的数据。同样，输入数据
可以在报文通过时插入报文中，报文仅有几纳秒延迟。

其它的以太网解决方案不能达到EtherCAT的实时能力。
其中一个解决方案通过较高级的协议层禁止CSMA/CD 存取
过程，并使用时间片或轮询过程来取代它。
另一个以太网解决方案使用专用交换机，并采用精确的
时间控制方式分配以太网数据包。这些解决方案只能在某种
程度上实现将控制器数据快速而准确的传输至以太网节点。
然而，它们由于存在以太网节点到实际I/O 或驱动控制器的传输延迟而受到限制。还有一类解决方案在使用模块化 I/O
时，需要一个子总线，就像德国倍福从前所作的那样，利用
已有的现场总线，通过同步子总线系统加快传输速度。但是，
这样的同步将无法避免通讯总线传输的延迟，德国倍福率先
在EtherCAT 中使用FMMU 前沿技术解决了该问题。