工业以太网现场总线EtherCAT第2部分：物理层服务和协议规范

工业以太网现场总线EtherCAT第2部分：物理层服务和协议规范

国家标准 GB/T31230.2一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第2部分物理层服务和协议规范 IndustrialethernetfiedbusEtherCAT一 Part2:PhysiealLayerservieeandprotoeolspeeifieatiom 2014-09-30发布 2015-04-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T31230.2一2014 目 次 前言 引言 范围 1.1本部分与IEC标准的关系 1.2概述 规范性引用文件 术语和定义 3.1！通用术语和定义 3.2EtherCAT术语和定义 符号和缩略语 4.1符号 缩略语 4.2 数据链路层(DLL)-物理层(PhL)接口 概述 5.2要求的服务 系统管理-PhL接口 6.1 概述 6.2系统管理-PhL接口 DCE无关子层(DIs) 7.1概述 7.2DIs DTE-DCE接口和MIS特定功能 8.1概述 8.2DTE-DCE接口 媒体相关子层(MDS 9.1 ?? 概述 9.2MDs;线缆媒体 10MDS-MAU接口 5 概述 3 10.l 11媒体附属单元;电气媒体 11.1电气特性 13 11.2媒体规范 1 11.3传输方式 参考文献 15
GB/T31230.2一2014 前 言 GB/T31230(工业以太网现场总线EtherCAT》分为以下6个部分: -第1部分:概述; 第2部分;物理层服务和协议规范 第3部分:数据链路层服务定义; 第4部分:数据链路层协议规范; 第5部分;应用层服务定义 第6部分;应用层协议规范 本部分为GB/T31230的第2部分 本部分按照GB/T1.12009给出的规则起草 本部分由机械工业联合会提出 本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归口 本部分起草单位;机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京仪综测业科技发展有限公司、西南 大学、上海自动化仪表股份有限公司、中科院(沈阳)自动化研究所、清华大学、北京航空航天大学、北京 交通大学、北京和利时系统工程有限公司,中科院计算所顺德分所,欧姆龙工业自动化公司、倍福北京分 公司,ETG 本部分主要起草人;谢素芬、高镜媚、刘丹、刘枫,包伟华、杨志家、王雪、刘艳强、范瑜、罗安、陈冰冰、 李天兵,关鹏、范斌、程庚 m
GB/I31230.2一2014 引 言 本部分属于GB/T31230系列文件,其目的是为了便于实现自动化系统各部分间的互连 本部分 与3层现场总线参考模型的其他标准相互关联,该总线参考模型由IEC/TR61158-1表述 本部分的主要目的是提供一组通信规则,由对等物理层实体在通信时执行的规程来表达 物理层从数据链路层接收数据单元,将它们编码,如果必要还要增加通信帧信息,将合成的物理信 号发送至一个节点的传输媒体 然后由另一个或者多个其他节点接收信号,解码,如果必要,在数据单 元传递到接收设备的数据链路层之前还要删除通信帧信息 物理层通用模型见图1 DLL DL-Ph接口 系统管理 系统管理 PhD1s cE无美子层 -Ph接口 DTEDCE-接口 PhMDS 媒体相关子层 MDS-MAU接口 楼 量 MA 媒体附属单元 媒体接口 媒体 图1 物理层通用模型 所有变型和类型的共同特性如下 数字数鹅传输" 非分离(单独)的时钟传输" 半双工通信双向,但同一时间只能一个方向)或全双工通信 EtherCAT规定的线缆媒体具有以下特性: 低电压差分信号线(LVDs)传输速率高达100Mbit/s
GB/T31230.2一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第2部分物理层服务和协议规范 范围 1.1本部分与IEC标准的关系 GB/T31230的本部分依赖于IEC61158系列文件类型12中相对应的部分 1.2概述 本部分定义了现场总线组件部分的需求,还规定必要的媒体和网络配置以确保符合以下要求 a)数据链路层错误检查前的数据完整性; b物理层各设备之间的互操作性 现场总线物理层应符合由GB/T9387定义的7层模型的第1层,除了某些类型现场总线的帧定界 符存在于物理层,其他类型的帧定界符均存在于数据链路层 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T9387(所有部分)信息技术开放系统互连基本参考模型 Iso/IEC8802-3信息技术系统间通信和信息交换局域网和城域网特殊要求第3部分 带碰撞检测的载波侦听多址访问(CSMA/CD)的访问方法和物理层规范(Informationtechnology TelecommunicationsandinformationexchangebetweensystemsLocalandmetropolitanareanet works-Specificrequirements一Part3:Carriersensermultipleaccesswithcollisiondetection(csMA CD)accessmethodandphysicallayerspeeifieations) ANSITIA/E:IA-644-A低压差分信号(LVDs)接口电路的电气特性[ElectricalCharacteristicesof LowVoltageDifferentialSignaling(LVDS)lnterfaceCircuits 术语和定义 GB/T9387界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1通用术语和定义 注:很多定义为多个协议类型所共用,但并不是所有协议类型都适用 3.1.1 活动actiity 现场总线设备输人端的信号或噪声幅度高于该设备接收器的信号闵值的现象 3.1.2 安全栅barrier 在危险区域内,为了满足本质安全需求对电流和电压进行限制的物理实体
GB/I31230.2一2014 3.1.3 位bhit 由0或1组成的数据单元 注;位是可发送的最小数据单元 3.1.4 总线bus 通信干线以及与它连接的所有设备 3.1.5 电缆设备接口连接器eableplantinterfacecomneetor;CPIc 进行测试和一致性测量的点,也是网络设备与电缆设备的接口 3.1.6 communicationeleent 通信部件 通过总线与其他部件通信的现场总线设备的部分 3.1.7 连接器conneetor 用来连接两个电路或通信部件媒体的耦合设备 [[IEEEStd100-1996,已修改] 3.1.8 稠合器eoupler 干线和支线或干线和设备之间的物理接口 3.1.9 数据通信设备DataCommunieationsEquipment;DCE 用现场总线连接的设备中与媒体,调制和编码相关的部分,包含设备物理层的较低部分 3.1.10 数据终端设备DataIerminalEquipment;E 用现场总线连接的设备中与媒体,调制和编码无关的部分,包含该设备物理层的最高部分和物理层 之上的所有层 3.1.11 分贝(mwdeeibelmilliwatt) dBmW 功率的对数单位,以1mw为基准(也写作dBm) Pam =10log(Pw) 注，如果测量功率尸w的单位是mw,则功率的对数表达尸i的单位是dB(mw)或dlBm. 3.1.12 定界符delimmiter 分隔和组织数据项的标志 3.1.13 设备deviee 连接到至少由一个通信部件(网络部件)组成的现场总线的物理实体,并且该物理实体可能包含 个控制部件和/或一个终端部件(变送器、执行器等 注:一个设备可能包含多个节点 3.1.14 有效发射功率ere ctivelaunchpower 由发送耦合到光导纤维芯中的有效发射功率 该功率通过连接到CPIC的标准测试光纤来测量
GB/T31230.2一2014 3.1.15 有效功率efleetivepower 在高电平时间中点测量的绝对光强度(以mW表示)与在低电平时间中点测量的绝对光强度(以 mw表示)之差,以dBm表示 注:有效功率比传统测量给出了更准确的测量,例如峰值和平均功率 测量有效功率的方法还有待进一步的研究 3.1.16 误差 err0r 由计算、观察或测量而来的值或状态与指定或理论上正确的值或状态之间的差异 3.1.17 消光比extinetionratio 在高电平时间中点测量的绝对光强度(以mw表示)与在低电平时间中点测量的绝对光强度测量 值(以mw表示)的比值 注:以下给出计算有效功率和消光比的例子 如果在高电平时间中点测出的绝对光强度为105w,在低电平时间中点测出的绝对光强度为5Aw,那么,差 值是100w 因此.有效功率为10log[(100aw)/1mw]=-10.0dBm 消光比为(105/5)=21:1 3.1.18 光缆fiberopticceable -股或多股光导纤维且带有封套材料的线缆 封套材料便于操作与保护光纤 3.1.19 光纤接收器fiberopticreceiver 通信设备中光器件和电子器件的组合,可接受通信设备通过CPIC接收的光信号 3.1.20 光纤接收器工作范围fiberopticreceiveroperatingrange CPrc必须具有的能够确保满足误码率规范的光功率范围 3.1.21 光纤发送器iberoptietransmitter 通过CPIc发射光信号传播进人光导纤维的设备 3.1.22 光导纤维riherptcwgude 柔韧的、光透明的导线束,用于在不同地理位置间传送光信号 3.1.23 赖 frame 个数字时隙的位置可以通过参考成帧信号来识别 -组连续的数字时隙,每一 IEEEStd100-1996 3.1.24 本质安全intrinsicsafety 在规定的试验条件下，一个电路或一组电路中正常工作状态或特定的故障状态下产生的任何电火 花或热效应都不能点燃特定的易爆环境的一种设计方法 [CGB3836.4 3.1.25 隔离isolation 信号传输系统各部分的物理与电气之间的布置,以防止各部分内部或各部分之间的电干扰电流 IEEEStd100-1996]
GB/T31230.2一2014 3.1.26 超时传输jabber 由于设备故障而出现在媒体上的连续传输 3.1.27 抖动jiter 由各种原因造成的脉冲沿中点相对于理想位置的偏移 3.1.28 曼彻斯特编码Manchesterencoding 将单独的数据和时钟信号合并成单个自同步的数据流的编码方法,适合在串行通道上传输 3.1.29 媒体mediumm 在两点或多点间传输通信信号的电缆、光纤或其他介质 3.1.30 网络network 所有的媒体、连接器、中继器、路由器、网关和相关节点通信部件,用以实现一组通信设备互连 3.1.31 节点 node 在网络上一条分支的端点,或一条或多条分支的交汇点 [IEV131-02-04们] 3.1.32 有源星形光耦合器opticalaetivestar 将从一个输人光纤接收到的信号放大,并转发到多个输出光纤的有源设备 对接收信号的时间调 整是可选的 3.1.33 光下降时间optiealfaltime 脉冲有效功率从90%下降为10%所需要的时间,用标称比特时间的百分比表示 3.1.34 无源星形光耦合器opticalpassivestar 组合输人光纤信号,然后分配到输出光纤的无源设备 3.1.35 光上升时间optiealrisetime 脉冲有效功率从10%上升为90%所需要的时间,用额定比特时间的百分比表示 3.1.36 峰值发射波长penkemissionwavelength 最大发射强度对应的波长 3.1.37 接收器 receiver 通信部件的接收电路 3.1.38 中继器repeater 接收并转发所有信号的双端口有源物理层设备,以增加在给定媒体下正确传输信号的传输距离以 及设备数量
GB/T31230.2一2014 3.1.39 段 segment 以特性阻抗端接的现场总线的一段干线电缆部分 洼段通过逻辑链路中的中继器链接并通过网桥构成现场总线网络 3.1.40 独立供电设备separatelypowereddeviee 不由现场总线信号导体供电的设备 3.1.41 屏蔽shied 带有接地的外包金属层,用于限制电缆内的电场并保护电缆不受外部电干扰 注:金属套管、铠装和接地同轴导线也可用于屏蔽 3.1.42 分支spur 分支线(即,接在较大线路上某一点的链路),它是一个末端电路 注:本标准也使用术语“分支电缆(dropcable)” 3.1.43 终端器terminator 为了防止线缆末端的反射,在线缆媒体段的两端导线处连接的电阻 3.1.44 收发器 transceiver 具有接收和发送两种功能的设备 [IEEEstd100-1996修订用于非射颜应用] 注，根据类型和实现的不同,媒体附属单元可以是收发器也可以包含收发器 3.1.45 发送器transmiter 通信部件的发送电路 3.1.46 干路trunk 主要的通信信道,作为其他分支的信号源 3.1.47 典型半强度波长typicalhalr-intensitywavelength A 光谱分布发射强度不小于最大强度一半的波长范围 3.2EtherCAT术语和定义 3.2. 活动aetivit [见3.1.1] 3.2.2 位 bit [见3.1.3 3.2.3 连接器 conector [见3.1.7刀
GB/T31230.2一2014 3.2.4 稠合器 coupler [见3.1.8 3.2.5 数据通信设备DatacCommunieationsquipment;DCE [见3.1.9] 3.2.6 DataTerminal t:DTE 数据终端设备 Equipmemt; C见3.1.107 3.2.7 定界符delmiter [见3.1.12] 3.2.8 设备devicee 见3.1.13] 3.2.9 误差 errOr [见3.1.16] 3.2.10 咖 frame [见3.1.23] 3.2.11 空闲idle 媒体上EOF和soF之间的符号 3.2.12 隔离 isolation [见3.1.25 3.2.13 抖动jitter [见3.1.27] 3.2.14 曼彻斯特编码Manchestereneodin ing C见3.1.28” 3.2.15 媒体medum [见3.1.29] 3.2.16 网络network [见3.1.30] 3.2.17 接收器 receiver C见3.1.37”
GB/T31230.2一2014 3.2.18 屏蔽shied [见3.1.41] 3.2.19 终端器termnator [见3.1.43] 符号和缩略语 4.1符号 下列符号适用于本文件 符号 定义 单位 标称比特率对应的频率 MHz 正-非数据符号,曼彻斯特编码信号,含有一个比特时间的高电平,用作定界符,不 N十 携带数据 负-非数据符号,曼彻斯特编码信号,含有一个比特时间的低电平,用作定界符,不 N 携带数据 Tm 标称的位持续时间 Ms 阻抗;电阻和电抗(感性的或容性的)的矢量和 Q Z 特性阻抗;在定义的频率范围上,电缆阻抗及其终端阻抗 4.2缩略语 下列缩略语适用于本文件 EBUS:由本标准描述的EtherCAT物理层(AEtherCATphysicallayerasdescribedinthisinter nationalstandardD BO,赖结束符(Emddran ame LVDs低压差分信号(L.owvoager DifferentialSignaling) PCB;印刷电路板(PrintedCireuitlBoard RxS;接收信号(Re ceive Sigl SOF帧起始符(StartofFrame Txs,发送信号(Trt ransmit Sigml 数据链路层(DLL)-物理层(PhL)接口 5.1概述 本条定义了必需的物理服务(PhS)原语以及其使用限制 注1DLl-Phl接口是一种虚拟机间的虚拟服务接口;由于本规范不需要显露该接口,在这里不需要物理信号线 PhDU应依照GB/T9387的要求在DLL和PhL间传输,如图2所示
GB/I31230.2一2014 协议数单元DLPp 数据链路层 接口数据单元PhIDU 接口控制信息PhCI 协议控制信息PhPC 服务数据单元PhSDU序列 物理层 协议数据单元PhPDu 注:是否支持PhPCI和PhCI是类型特定的 图2通过DLL-PhL接口的数据单元间映射 注2:这些服务用于DLL实体与其关联的Phl实体间的PHhDU交换 这样的传输是协同操作的DLl实体间事物 处理的一部分 本部分列出的服务是最低要求,这些服务能联合提供一种方法,通过该方法,协同操作的 DLL实体能协调在共享的通信媒体上的传输及数据交换 如有必要,也提供数据交换的同步及相关的操作 注3;恰当的分层要求;对于(N)层提供(N)层服务的方法,(N+1-层实体不涉及,并且(N)-服务接口没有过度限 制 因而,Ph服务接口不要求DLE知道PhE的内部细节如前同步码、后同步码和帧定界符信号模式,每波 特的比特数),并且不妨碍PhE使用适当的升级技术 注4:根据工业实践,定义了许多不同的DLL.-Phl接口 5.2要求的服务 5.2.1PhS原语 5.2.1.1概述 在PhL-DLL接口上PhS-user数据交换的最小单元为一个八位位组 5.2.1.2Ph-CHARACTERISrcS指示 PhS应提供下列服务原语,用以报告PhS的基本特性(可以用在DLL传输、接收和调度活动中) -Ph-CHARACTERISTICS指示(minimum-data-rate,framing-overhead 这里 minimum-datarate规定有效最小数据传送速率bits/s,包括任何定时容差 注1;一个标称数据速率为100Mtit/s士0.01%的PhE规定最小数据速率为99.99Mbit/s -framing-overhead规定不直接传送数据的PhPDU如传送赖定界符，帧间“空闲”等的 PhPDU)的传输使用的比特周期(周期是数据速率的倒数)的最大数 洼2;如果framingoverhead是F,两个D儿报文长度分别是Ll和L2,那么发送2个连续的长度为L和L.2的报文 所需的时间,至少为发送一个长度为Ll十F+I2的报文所需的时间 5.2.1.3Phs传输和接收服务 PhS应提供以下用于传输和接收的服务原语 -PH-DATA请求(clas s,data); PH-DATA指示elass,data); -PH-DATA证实 status
GB/T31230.2一2014 这里 elass应指定PhlDU的PhC1组件 对于PH-DATA请求,它的可能值应为 sTART-OF-FRAME在Ph-user数据开始之前的PhPDU传输; -DATA相关的数据参数的单一八位位组的值作为连续正确地传输中的一部分被传输; -END-(OF-FRAME终止Ph-user的PhPpU,在Ph-user数据的最后一个八位位组后发送 对于PH-DATA指示,它的可能值应为 START-OF-FRAME开始接收来自一个或多个PhE的明确传输 -DATA相关数据参数作为格式上连续正确的接收中的一部分被接收 ENDOF-FRAME正进行格式上连续正确的接收Ph-user数据,以PhPIDU的正确接收结束 ENDw-ERROR正进行格式上连续正确的接收的Ph- 数据,被非正确形式的接收打 1-user 断,表明END-OF-FRAME有错误 -data应规定PhIDU中PhID部分 它由待传输的八位位组Ph- -user-data(PH-DATA请求) 或已被成功接收的Ph-user-data(PH-DATA指示)组成 一status应规定成功或导致失败的本地原因 PH-DATA证实原语应提供关键的物理定时反馈,这对于防止DLE在第一个传输完成前开始第二 个传输是必要的 直到PhE完成传输后,才能发出最终PH-DATA证实 5.2.2PhsS特性的通知 PhE负责通知DLEPlS的那些可能与DLE操作相关的特性 PhE应通过在每个PhE的hE启 动阶段发出单个Ph-CHARACTERISTICS指示原语来完成通知 5.2.3Ph-user-data的传输 PhE应决定所有传输的时序 当DLE传输一连串的PhSDU时,DLE应通过制作一连串符合格式 的PH-DATA请求来发送一连串的PhsDU,PH-DATA请求包括单个请求即sTART-OF-FRAME 紧接着721535个连续的请求,即DATA,且每个请求传递一个PhSDU,并以单个请求即END-OF FRAME结束 PHhE应通过发布PHDATA证实原语来标志各个PHDATA请求的完成状态以及新PHDATA请 求的接收准备就绪状态;PHDATA证实原语的status参数应传递相关PHDATA请求的成功与否 只 有在PH-DATA证实与第一个由PhE发布的请求一致后,DLE才能发布第二个PH-DATA请求 5.2.4Ph-user-data的接收 PhE应使用一连串符合格式的PHDAT八指示.用以报告已接收的传输信息,这些指示应包括以 下内容: a)单个指示即sTART-OF-FRAME,紧接着连续的指示即DATA,每个指示传递一个PhSDU. 并以单个指示即ENDOF-FRAME结束; 单个指示即sTART-OF-FRAME,可选地,紧接着一个或多个连续的指示即DATA,每个指示 b 传递一个PhSDU,然后以单个指示即ENDw-ERROR结束 后一个序列为一个不完整或不正确的接收;如果在已接收的PhPDU序列中或在PhE接收过程中 检测出一个错误,则应禁止后面的class参数为DATA或END-OF-FRAME的PH-DATA指示,直到 在PHH-DATA指示即sTART-OF-FRAME报告了当前活动周期的结束和下一活动周期的开始之后 系统管理-PhL接口 6.1概述 该接口为PhL提供用于初始化和选择项的服务
GB/T31230.2一2014 PhL的目标之一是允许未来的变型,如无线,光纤、冗余通道如电缆、不同的调制技术等 一种 通常形式的系统管理-PhL接口,它提供了实现这些变型所需的服务 当设备直接连接到媒体时，一套完整的管理服务才能被使用 对于有源连接的设备(如有源合 器、中继器,无线/电话调制解调器,光电等),其中的一些服务对于有源耦合器是可以隐含的 此外,每 个设备可以使用描述原语的一个子集 注:根据工业实践,定义了许多不同的系统管理-Phl接口 6.2系统管理-Ph接口 6.2.1请求的服务 对于PhL管理,最小服务原语应为 PH-RESET请求-复位物理层 6.2.2PH-RESE:T请求服务原语 该原语没有参数 接收该原语后,PhL应复位它的所有功能 DCE无关子层(DIs 7.1概述 PhL实体分为数据终端设备(DTE)组件和数据通信设备(DCE)组件 DTE组件与DLL实体通过 接口相连,并形成了DCE无关子层(DIs) DIS通过第5章中定义的DL-Ph接口交换接口数据单元 并提供了DL-Ph接口处每次的PhlDU和物理发送与接收所需的比特串之间的基本转换 该子层独立于所有的PhL变型,包括编码和/或调制,速度,电压/电流/光模式,媒体等,所有这些 变型在指定数据通信设备(DCE)下分组 注:根据工业实践,定义了许多不同的DIS实体 7.2DIS DIs应将PhID传输顺序排列为串行PhsDU序列 同样,D1S应根据已接收的串行PhsDU序列 形成要报告给DLL的PhlD 应将PhD转换为PhSDU序列用于以八位位组串行传输,范围从最小的72个八位位组到最大的 1535个八位位组 对于串行传输PhDU序列应转换为PhsSDU序列 低位的hsDU传输之后,再传输高位的sDU. 当接收到PhSDU,每个PhSDU序列都应转换成PhIDU序列,以便于以这种方式形成的PhlDU序 列与从MAC子层传输到PhL的PhIDU序列相一致 DTE-DCE接口和MIIS特定功能 8.1概述 PhL实体分为包含DIs的数据终端设备(DTE)组件和包含MDS及较低子层的数据通信设备 (DCE)组件 DTE-DCE接口连接这两个物理组件,且其自身包含在MIs中(见图1) 注;根据工业实践,定义了许多不同的DTEIcE接口 对于DTE-DCE接口或任何其他接口,不强制显露这些接口 对于类型3同步传输模式,类型1和类型7,DTE-DCE接口是支持一组服务的功能性和电气接口 10o
GB/T31230.2一2014 不是机械接口 这些服务中的每个服务通过在接口上的已定义的信号交互序列实现 8.2 DTIE-DCE接口 对于EtherCAT传输,DTE-DCE接口不显露 媒体相关子层(MDs) 9.1 概述 烘体相关子层(Mns)是数据通信设备(cE)的一部分(见图1) 第8章规定了MDs通过DE DcE接口交换信息,第10章规定了MIS通过MDs-MMAU接口传输已编码的Ph符号 MS的功能 包括,分别为发送和接收进行逻辑编码和解码,增加/删除前同步码和定界符以及定时和同步功能 注;根据工业实践,定义了许多不同的MDs子层实体 9.2MDs;线缆媒体 9.2.1PhPDU 通过向PhSDU比特串)串行序列数据帧(该数据帧来自DIS,通过DTE-DCE接口传输)添加定界 符和最小空闲序列,MDS可以产生如图3所示的PhPDU 发送顺序必须按图3所示从左到右发送 即先发送SOF,然后是PhSDU,最后是EOF 空闲 soF sDU序列 Eof 空闲 图3协议数据单元 相反地,MDS应从接收到的PhPpU中移除空闲序列,sOF和E(OF,以产生相应的串行PhSDU序 列 如果在接收到的PhSDU序列中检测到非二进制数据单元,则MDS应立即停止向DIS传送 PhSDU,且MDS应报告错误,并且当错误发生时,MDS应向DIS指示终止活动 9.2.2编码与解码 对于到MAU的应用,MDS应使用如图4(曼彻斯特双相L)所示的编码对数据单元进行编码 编 码规则见图5和表1 1比特时间 4 时钟十 NRz -- 呵 图4PhsDU编码与解码 注:图4的目的是阐述原理,并不是具体的实现 11
GB/I31230.2一2014 -T/2 T/2 T/2 一T/2 逻辑“0" 逻辑“1" -T/" T/2 -T/2 N+ 图5曼彻斯特编码规则 曼彻斯特编码规则 编码 符号 ONE 高-低转换(比特中间 低-高转换(比特中间 ZERO N十(NON-DATAPLUS) 高(无转换》 -(NON-DATAMINUs 低(无转换) 注:由上述表格可以得出,通常情况将数据符号(1和0,由PhSDU传递)编码为带比特中间转换,而将非数据符 号(N+和N-)编码为没有比特中间转换 解码通常应和编码相反 在接收时,MDS应验证每个符号都是按图5和表1的方式进行编码的， 并检测以下错误 无效的曼彻斯特码 a b半比特滑移错(half-bit-sliperor); EOF未对准(比特数不是8的倍数) c 上述错误以如下方式报告; PH-DATA指示(elass=ENDw-ERROR,data=eror) 9.2.3极性检测 对于已接收的曼彻斯特双相L编码信号,并没有自动的极性检测 9.2.4SOp 以下符号序列,显示出从左到右的传输顺序,应将其放置于PhSDU序列之前,用于界定数据的 起始: 0,N十 在确认上述序列后,MDS只将已接收的信号流当作PhPpU,并且在将PhSDU序列传送给DIs之 前,MDS应移除上述序列 9.2.5EOF 以下符号序列,显示出从左到右的传输顺序,应将其放置于PhsDU序列之后,用于界定数据帧的 结束 N一,0 12
GB/T31230.2一2014 在将PhSDU序列传送给DIS之前,MDS应将上述序列从PhPDU中移除 通过媒体收到的任何 帧,如果从帧的开始即sOF的结束)算起的1535个八位位组内都不包含上述序列,则MDs应向相关 的DLL实体报告,如下: PH-DATA指示(class=ENDw-ERROR,data=fra rame_too_long 如果通过媒体接收的任何帧的结束定界符不在八位位组边界,则MDS应通过对应的DIs向对应 的DLL实体报告,如下 PH-DATA指示(class=END-W-ERROR,data=alig" nmenterrOr 9.2.6空闲 为了同步比特时间,在没有PhSDU或sOF/EOF传输的情况下,则应发送空闲序列 个空闲序列始终是按比特对齐的 注在PhsDU中一连申的1可以被解释为空闲 紧接着的"”符号或oF将重新调整比特单元检测 同步 9.2.7 在激活并接收足够数量的信号后,接收器应检测并报告half-bit-slip错误 注1这种同步规范允许损失4比特的前同步码 在soF之后,halfbhitslp错误应按如下格式报告 PHDATA指示(class=ENDw-ERROR,data=half_bit_slip_eror) 注2;Halbitslp错误可以通过过度的比特单元抖动和/或比特周期内过度变化检测出来 9.2.8帧间隙 在传输一个PhPDU后,应有一个最小时同间隔,在该时间间隔内,下一个传输应还未开始 对于 收到一个PhPDU后的同一最小时间间隔,接收PhL实体应忽略所有接收到的信号 MIs实体应设置 一个长度为92个(96则包含sOF,EOF)标称比特时间的最小传输时间间隔 这个时间间隔可以由系 统管理增加,但不能减少 10 MDs-MIAU接口 10.1概述 媒体附属单元(MAU)是通信部件的一个可选独立部分,可直接或通过无源器件连接到媒体(见图 1) 对于电信号来说,MAU是为发送和接收信号提供了电平变换和波形整形的收发器 MDS-MAU 接口将MAU连接到MS 服务被定义为实现该接口的物理信号,该接口的显露是可选的 后续各条 列出规定的MDS-MAU接口所需服务的最小集 管理服务见第6章 注:根据工业实践,定义了许多不同的MDSMAU接口 媒体附属单元;电气媒体 11 11.1电气特性 此MAU规范描述了一个通过符合ANSITIA/EIA-644-A的线对进行的对称传输线单向传输 在线缆接收端末端放置一个终端电阻,能使PhL支持更高速的传输 该线对最长不超过20m 除了 被称作100BASE-TX和100BASE-FX的1SO/IEC8802-3技术,本规范也补充提供了这种传输方法 其主要目的是连接控制柜内的设备 因此,它采用一个公共的信号地 13
GB/T31230.2一2014 曼彻斯特比特编码与ANSITIA/EIA-644-A信号发送相结合,其目标是降低线耦合器的成本,它 可以不将线缆与站隔离(电流隔离),需要一个终端电阻(推荐值为100Q) 该拓扑结构支持恰好含一个发送方和一个接收方的单一线对 -个连接由正好连接2个DTE的2个线对组成 术语“线缆”定义了一种在规定的长度内能够依照ANSsTIA/EIA-644-A传输信号的媒体 设备 制造商的一致性声明应定义这些参数 11.2媒体规范 11.2.1连接器 对于这类媒体不规定连接器 设备制造商的一致性声明应定义连接器性能 11.2.2线缆 这类媒体是线对 可以用屏蔽线提高电磁兼容性(EMC) 如果没有严重的电磁干扰(EMI),则可 以使用非屏蔽线 线对的特性阻抗Z，应该在80n一120n.线对电容(导体-导体)应小于6opF/m 导线的选择标 准应遵守ANsITIA/EIA-644-A实现指南,尤其对于背板总线和CB的互连 注，假设一个输出共模电压约为1.2V,输出电阻可以用2个50n电阻串联,其中间抽头位于1.2V,这为典型的 PCB的布线特性提供了50Q的匹配电阻(Z),使反射最小化 线对应具有对称结构(长度相同、紧密结合、到地信号的距离相同) 两个线对应具有相同的长度 小于2ns的偏差是可接受的 11.3传输方式 11.3.1比特编码 来自DLL的曼彻斯特编码数据通过线对进行传输 在TxS/RxS用一个恒定的正差分电压表示一 个 二进制数“1”(N十或DL_symbol=“ONE”的前半部分或者DL_symbol=“ZERO”的后半部分),在 TxS/RxS用一个恒定的负差分电压表示一个二进制数“o”(N-或DL_symbol=“ZERO”的前半部分或 者DL_symbol=“ONE”的后半部分) 11.3.2ANsITIAM/EIA-644-A信号表示法 在ANsTIA/EA-644-A的术语中,TxS表示为OUT十和OUT一;RxS表示为IN十和IN一 注，假设输出电流是3.,5mA,共模电压大约是1.2v,OUT十和oUT-之间额定差分电压是350mV在247mV 454mV范围内) 检测一个信号的差分电压需100mv 14
GB/T31230.2一2014 参 考 文 献 :Electricity,ElectronicsandTelecommunicationson [1]IECMutilingualDietio nCDROM2001 ionary: Edition heresPart0:(Generalreguirements [2] IEC60079:0Explosiveatmosph IEC60079-27 Electrical -Part27:Fieldbusin [3] lapparatusfor explosivegasatmospheres nsicallysafeconceptFISCO)andFieldbusnon-incendiveconcept(FNICO) trins [4]IEC61784-1lndustrialcommunieationnetworks一Partl;Fieldbusprofiles [5 IS(O/IEC8509:1987 OpenSystemsInterconnection nformationprocessingsystems Serviceconventions [C6]IsS(O/IEC8886:1996 lnformationtechnology-Opensystemslnterconnection一Datalink servicedefinition [[7]ISO/IEC10022:1996Informationtechnology OpenSystemsInterconnectionPhysical servicedefinition [8]IEEEStd100TheIEEEStandardDictionaryofElectricalandElectronicsTerms [9] ETG.1000.2EtherCATSpecificationPart2:Physicallayerspecificationandservicedefini tionm 10 ETG.1000.3EtherCATSpecificationPart3:DataLinkLayerservicedefinition [11 ETG.1000.4Ether(CATSpecificationPart4:DataLinklayerprotocolspecification [12]ETG,1000.5EtherCATSpecificationPart5;Applicationlayerservicedefinition [13]E:TG,.1000.6EtherCASpecificationPart6;Applicationlayerprotocolspecificationm [14]ETG.1100EtherCATSpeeificationCommunicationprofiles 15

工业以太网现场总线EtherCAT第2部分：物理层服务和协议规范GB/T31230.2-2014

作为一种高速实时总线，EtherCAT的物理层服务和协议规范在保证通信性能的同时，也需要考虑成本和可靠性。根据GB/T31230.2-2014标准规范，EtherCAT的物理层服务和协议规范主要包括以下方面：

传输介质

EtherCAT支持多种传输介质，包括光纤、双绞线和同轴电缆等。其中，光纤传输具有高带宽、抗干扰性和长距离传输等优点，适用于大型网络和高速传输领域；而双绞线和同轴电缆则适用于小型网络和短距离传输。

帧格式

EtherCAT的帧格式采用了类似于以太网的格式，包含帧头、数据部分和帧尾等部分。其中，帧头部分包括同步字节、目标地址和源地址等信息；数据部分则包含实时数据和非实时数据；帧尾部分则包含冗余校验码等信息。

数据传输方式

EtherCAT采用了一种称为“传递式”（Distributed Clocks）的数据传输方式，即在现场总线上通过分布式时钟同步机制来实现所有节点之间的数据同步。这种方式可以有效降低通信延迟和提高通信精度，从而满足工业自动化应用对实时性和精度的要求。

总的来说，EtherCAT的物理层服务和协议规范是支撑其高速实时通信的重要基础，同时也是保证网络稳定可靠运行的关键因素。

工业以太网现场总线EtherCAT第2部分：物理层服务和协议规范的相关资料

和工业以太网现场总线EtherCAT第2部分：物理层服务和协议规范类似的标准