工业以太网现场总线EtherCAT第4部分：数据链路层协议规范

工业以太网现场总线EtherCAT第4部分：数据链路层协议规范

国家标准 GB/T31230.4一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第4部分:数据链路层协议规范 IndustrialethernetfieldbusEtherCAT一 Part4;DataL.inkLayerprotoeolspeifeatonm 2014-09-30发布 2015-04-01实施 国家质量监督检监检疫总局 发布 国家标准花管理委员会国家标准
GB/I31230.4一2014 目 次 前言 范围 1.1本部分与IEC标准的关系 1.2概述 1.3规范 1.4规程 1.5适用性 1.6一致性 规范性引用文件 术语、定义、符号和缩略语 3.1参考模型术语和定义 3.2服务约定术语和定义 3.3通用术语和定义 3.4附加的EtherCAT定义 3.5通用符号和缩略语 3.,6其他EtherCAT符号和缩略语 3.7约定 DL协议概述 工作原理 4.1 13 4.2拓扑 4.3帧处理原则 14 4.4数据链路层概述 15 4.5错误检测概述 15 4.6节点参考模型 15 4.7操作概述 帧结构 帧编码原则 5.1 5.2数据类型和编码规则 5.3DLPDU结构 5.4EtherCATDLPDU结构 22 5.5网络变量结构 36 5.6EtherCAT邮箱结构 36 属性 38 38 6.1管理 50 6.2统计 54 6.3看门狗
GB/T31230.4一2014 57 6.4从站信息接口 60 6.5媒体独立接口(MI 63 6.6现场总线内存管理单元(FMMU) + 66 6.7同步管理器 71 6.8分布式时钟 DL用户内存区 * 75 75 概述 7. 7.2邮箱访问类型 75 7.3缓存访问类型 77 EtherCAT;FDL协议状态机 78 8.1从站DL状态机概述 78 8.2状态机描述 78 附录A(资料性附录EtherCAT:DL协议状态机的附加规范 85 A.IDHsM 85 A.l.l原语定义 85 A.1.2状态机描述 86 A.l.3DHSM表 8 113 A.l.4函数 114 A.2SYSM A.2.1原语定义 A.2.2状态机描述 A.2.3SYSM表 丽数 133 A.3RMSM 133 A.3.1原语定义 133 A.3,2状态机描述 134 A.3.3RMSM表 134 A.3.4函数 137 参考文献 138 图1类型描述实例 10 图2特定字段的公共结构 1 图3帧结构 14 图4单个帧的数据映射 15 图5从站节点参考模型 16 图 EtherCATPDpU嵌人以太网帆 1 图了EthercATPpU嵌人UDPP 1 图8DL信息类型描述 39 图9地址类型描述 4 42 图10DL控制类型描述 44 图11DL状态类型描述 46 图12成功写DL用户控制寄存器的序列
GB/I31230.4一2014 46 图13成功读DL用户状态寄存器的序列 图14RX错误计数器类型描述 5 52 图15丢失链接计数器类型描述 53 图16附加计数器类型描述 图17看门狗分频器类型描述 54 图18DLs用户看门狗类型措述 55 图19 同步管理器看门狗类型描述 55 图20 56 图21 看门狗计数器类型描述 56 图22 57 从站信息接口访问类型描述 阳公 58 图24 60 图25从站信息接口数据类型描述 60 图26 MI控制/状态类型描述 61 图27 MII地址类型描述 62 图28M数据类型描述 63 FMMU映射示例 图29 63 图30FMMU实体类型描述 64 图31同步管理器邮箱交互 66 图32同步管理器缓存区分配 67 33同步管理器缓存区相互 667 图 图34读邮箱的写/读切换处理 68 图 35同步管理通道类型描述 69 图36分布式时钟本地时间参数类型描述 73 图37对邮箱的成功写序列 75 图38对邮箱的失败写序列 76 图39对邮箱的成功读序列 76 图40对邮箱的失败读序列 7 图 l41成功的写缓存序列 7 图42成功的读缓存序列 78 图43从站协议机的结构 79 图44sSI读操作 80 图45s写操作 8 图46sS重新加载操作 82 图47分布式时钟 83 84 图48延时测量序列 表1PDU元素表述实例 l0 表2属性描述实例 12 表3状态机描述元素 12 表4状态机元素的描述 13 表5状态机中使用的约定 表6位序列传输语法
GB/T31230.4一2014 Un 18 表7 insignedn数据类型的传输语法 表8lntegern数据类型的传输语法 19 表EtherCAT赖嵌人以太网朝 19 表10EthercAT帧嵌人UDPPTDU 20 21 表1包含EhercATPrrU的EihercAT赖结构 21 表1包含网络变量的BhercAT躺结构 表13包含邮箱的EthercAT躺结构 21 表14自增式物理读(APRD) 22 表15配置的地址物理读(FPRD) 23 表1广播读(BRD)) 22 表17 逻辑读(IRD) 25 表18 自增式物理写APWR 26 2 表19 配置的地址物理写(FPWR) 表20广播写(BwR) 28 表21逻辑写(LwR) 29 30 表22自增式物理读写(APRw) 23配置的地址物理读写(FPRw 31 表 表24广播读写(Rw) 32 25逻辑读写(LRw) 表 33 表2自增式物理读多次写(ARMw) 34 27配置的地址物理读多次写(FRMw) 表 35 表 28网络变量 36 表 29邮箱 36 表30错误回复服务数据 3 表 31DL信息 40 表 42 32被配置的站地址 3 丧 DL控制 3 表 5 34DL状态 表 35DLs用户特殊寄存器 4 表 36DL.S用户事件 48 表 37DLS用户事件掩码 49 表 38外部事件 50 表 39外部事件掩码 50 表 40Rx错误计数器 5 表 丢失链接计数器 52 表 42附加计数器 53 表 43看门狗分频器 54 表 44DLs用户看门狗 55 表45同步管理器通道看门狗 55 56 表46同步管理器看门狗状态 56 表47看门狗计数器 57 表48从站信息接口访问 58 表49从站信息接口控制/状态 N
GB/I31230.4一2014 60 表50实际从站信息接口地址 60 表51实际从站信息接口数据 表52M控制/状态 61 表53实际M地址 62 表54MI实际数据 63 65 表现场总线内存管理单元(FMM)实休 表58现场总线内存管理单元(FMU) 65 70 表:7同步管理器通道 表58同步管理器结构 71 表59分布式时钟本地参数 73 表60分布式时钟L.s用户参数 7t 表A.1由DHsM到PSM的原语 85 表A.2由PsM到DHIsMI的原语 85 表A.3 DHSM和PSM之间原语交换的所有 85 表A以太网赖八位位组的标识符 86 表 A.5DHISM状态表 87 A.6DHSM函数表 表 113 由sYsMI到DHIsM的原语 表 A.7 114 表 A.8由DHsM到sYsM的原语 15 表A.9由DL用户到sYsM的原语 115 表 A.10由sYSM到DL用户的原语 15 表A.11用于sYsM和DHsM之间交换的原语所使用的参数 1l6 117 表A.12sYSM状态表 表A.13sYsM函数表 133 表A.14由RMSM到sYSM的原语 133 表A.15由sYSM到RMSM的原语 134 表A.16RMSM和sYSM之间原语所使用的所有参数 134 表A.17RMSM状态表 35 表A.18RMSM函数表 137
GB/I31230.4一2014 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4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
GB/I31230.4一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第4部分:数据链路层协议规范 范围 本部分与IEC标准的关系 11.1 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 在自动化环境中,数据链路层提供设备之间的基本的时间关键通信 本协议中所规范的通信将适用于所有参与活动的数据链路实体 同步启动的周期通信; a b)对应数据链路各实体每周期要求,周期或非周期异步通信 从而可知,此协议具有以下特点:提供周期或非周期的异步访问,但每个周期有一个同步的重启 1.3规范 本部分规定 a)从一个数据链路层上的用户实体到一个或多个实体传输数据或控制信息的过程; b)用于本标准协议传输数据和控制信息的DLPDU的结构以及作为物理接口数据单元的表示 1.4规程 通过以下的方式来定义各规程: a)由交换DLPDU而产生的DL-实体(DLE)间的交互， b)在同一系统中由DL.S原语的交换而产生的一个DL-服务(DL.S)提供者和一个DLS用户之间 的交互; DLS提供者和Iso/IEC8802-3的MAC服务之间的交互 1.5适用性 这些规程适用于如下两个系统间的通信实例:在Os模型数据链路层的支持时间关键通信服务的 系统和在开放系统互连环境中需要互连能力的系统间通信实例 行规提供了一个总结设备能力的简单的、多属性的方法,以此方式可应用于不同的时间关键的通信 需求 1.6一致性 本部分为系统实现这些规程也规定了一致性的要求 本部分不包含证明符合这些要求的测试 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
GB/I31230.4一2014 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 GB/T15272程序设计语言C GB/T17967信息技术开放系统互连基本参考模型OSI服务定义约定 GB/T25931网络测量和控制系统的精确时钟同步协议 IEC61158-2:2010工业通信网络现场总线规范第2部分:物理层规范和服务定义Industrial edef Fieldbusspecificeations一Part2;Physieallayerspeecificationandserviee cOmmunicat1onnetwOrks inition IEC61158-3-12测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线第3-12部分;数据链路 服务定义类型12元素(Digitaldatacommunicationsformeasurementandcontrol一Fieldbusforuse inindustrialcontrolsystems一Part3-12:;Datalinkservicedefinition一Type12elements) 局域网和城域网特殊要求第3部分 ISO/IEC8802-3 信息技术系统间通信和信息交换 带冲突检测的载波侦听多路访问(csMAcD)的访间方法和物理层规范(nformationtechnology Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems L.ocalandmetropolitanareanet worksSpecificreguirementsPart3:CarriersensemultipleaccesswithcollisiondetectionCSMA/ CDaccessmethodandPhysicalLayerspecifications) IEEE802.1Q用于局域网和城域网的IEEE标准虚拟桥接局域网(IEEEStandardforLocal andmetropolitanareanetworksVirtualBridgedlocalAreaNetworks;availableathttp://www.ieee org IETFRFc768用户数据报协议(UserDatagramProtocol;availableathttp://www.ietf.org IETFRFc791因特网协议DARPA因特网程序协议规范(InternetProtocoldarpainternetpro- gramprotocolspecification;availableathttp://www.ietf.org 术语定义、符号和缩略语 下列术语、定义、符号和缩略语适用于本文件 3.1参考模型术语和定义 3.1.1 DL-双工传输 [GB/Tg387.1] DL-duplex-transmission 3.1.2 -协议 [GB/T9387.1] DL-protocol 3.1.3 -协议数据单元 [GB/T9387.1] DL-protocol-dlata-unit 3.1.4 N) (N)-实体 )-entity D-实体 Dl L-entit Ph-实体 Ph-entity [GB/T9387.1] 3.1.5 (N)-interface-dlata-unit N)-接口数据单元 DL-service-dataunit N=2) DL-服务数据单元 h-interface-data-unit N=1 [GB/T9387.1] Ph接口数据单元
GB/I31230.4一2014 3.1.6 )-ayer N)层 N=2 DL层(N=2) DL-layer" (N=1 Ph层(N=1 rh-haeyer [GB/T9387.1] 3.1.7 (N)-service N)服务 DL-service N=2 DL服务(N=2) Ph服务(N=1 Ph-seryiceN=1 [GB/T9387.1] 3.1.8 N)-service-aceess-point N)服务访问点 DL服务访问点(N=2y DL-service-access-pointN=2 Ph服务访问点(N=1 Ph-service-access-point(N=1 [GB/T9387.1] 3.1.9 (N)服务访问点地址 (N)-service-access-point-address DL服务访问点地址(N=2) DL-service-access-point-addressN=2) Ph服务访问点地址(N=1) Ph-service-aceess-point-addressN=1 [[G,B/T9387.1] 3.1.10 对等实体 peer-entities [GB/T9387.1] 3.1.11 Ph接口数据 [GB;/T9387.1] Ph-interfacedata 3.1.12 原语名 [GB/T9387.3 primitivename 3.1.13 重组 [GB/T9387.1] reassembling 3.1.14 [GB/T9387.1] 合流 recombining 3.1.15 [GB/T9387.1] 复位 reset 3.1.16 路由 [GB/Tg387.1] routing 3.1.17 分段 [GB/T9387.1 segmenmting 3.1.18 排序 [GB/T9387.1 segquencing 3.1.19 分流 [GB/T9387.1] splitting 3.1.20 系统管理 [GB/T9387.1] systemms-management 3.2服务约定术语和定义 3.2.1 不对称服务 [GB/T17967 asymetricalservice
GB/I31230.4一2014 3.2.2 prmmitive) 证实(原语 c0nfirm .delher(primitve) [GB/T17967] 请求者.交付(原语 requestor. 3.2.3 deliverprimitive [GB/T17967 交付(原语 3.2.4 DL-servie DL-服务-原语 ie一prtimitve [GB/T179671 3.2.5 ovider DL-服务-提供者 DL-servic-pro [GB/17967 3.2.6 DL-service-user DL-服务-用户 [[GB/17967 3.2.7 指示(原语 ndieation(primite' aeeeptr.delier(primitve) 接受者.交付(原语》 [GB/T17967] 3.2.8 primitive 请求(原语 regest regestor.submitprimitive [GB/T17967 请求者提交原语 3.2.9 [GB/T17967 请求者 reguestor 3.2.10 responseprimitive) 响应(原语 [GB/T17967 接受者.提交原语 aeeptor.submtt(primitive) 3.2.11 提交原语 subitprimnitive [GB/T17967 3.2.12 对称服务 [[GB/T17967] symmetricalservice 3.3通用术语和定义 注:很多定义用于多个协议类型,但并非对所有协议都是必要的 3.3.1 倾 Frame DLPDU的同义语 3.3.2 组DL地址GroupDL-address 潜在指定多个含有扩展链接的D)L.SAP的DL地址 单个D儿实体可以有多个与单个DLSAP相 关的组DL地址 单个DL实体也可以有单个与多个DL.SAP相关的组DL 地址 3.3.3 节点Node 出现在本地链路上的单个DL实体 3.3.4 接收D1.s用户receivingL.S-user 作为DLs用户数据接收者的DL服务用户 注;一个D 服务用户可以同时是发送和接收DLS用户
GB/I31230.4一2014 3.3.5 发送DLS用户sendingDL.S-u uSer 作为DL用户数据源的DL服务用户 3.4附加的EtherCAT定义 3.4.1 应用applieation" 生产或消费数据的函数或数据结构 3.4.2 应用对象applieationobjects 通过网络间和网络设备内来管理和提供信息交换的运行时的多个对象类 3.4.3 基本型从站basicslave 只支持数据物理寻址的从站设备 3.4.4 位 bit 由1和0组成的信息单元,是可发送的最小数据单元 3.4.5 客户端elient a)使用另一个对象的服务来执行任务的对象; b服务器所响应的消息的发起者 3.4.6 连接eonneetion 在相同或不同设备中,两个应用对象之间的逻辑绑定 3.4.7 周期eyelie 以定期和重复模式进行重复的事件 3.4.8 循环冗余检查CyelicRedundaneyChecek;CRc 从数据阵列中计算出来并用来作为该阵列的检验码的余数 3.4.9 数据data 泛指现场总线上传送的任何信息 3.4.10 数据一致性dataconsisteney 实现客户端与服务器之间及其内部对输人输出数据对象的一致性传输和访问的方法 3.4.11 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一 个控制部件和/或一个终端部件(变送器、执行器等 3.4.12 分布式时钟Distribhutedcloeks 同步从站和维持一个全局时基的方法
GB/T31230.4一2014 3.4.13 误差Error 计算、观察、测量值或状态与指定的或理论上正确的值或状态之间差异 3.4.14 事件Ewent 条件发生变化的实例 3.4.15 现场总线内存管理单元FieldbusMen ManagementUnt mory 现场总线内存管理单元拥有在逻辑地址和物理内存间建立一个或多个对应关系的功能 3.4.16 现场总线内存管理单元实体FieldbusMemoryManagementUnitentity 现场总线的内存管理单元的单个元素:一个连贯的逻辑地址空间和一个连贯的物理内存位置之间 的对应关系 3.4.17 完整型从站fwllslave 同时支持数据的物理和逻辑寻址的从属设备 3.4.18 接口Interlaee 由功能特性、信号特性或其他适当的特性定义的两个功能单元之间的共享边界 3.4.19 主站Master 控制网络上的数据传送,通过发送报文来初始化对从站的媒体访问,并构成控制系统的接口的 设备 3.4.20 映射Mapping 两个对象间的对应关系,使得一个对象成为另一对象的一部分 3.4.21 媒体Medlium 在两点或多点间传输通信信号的电缆、光纤或其他介质 3.4.22 报文Message 用于传送信息的一系列有序的八位位组 注，通常用于在应用层实体之间传递信息 3.4.23 Network 网络 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 3.4.24 节点Node -个网络的链路端点或两个及以上链路的交汇点[见IE361158-2] 3.4.25 对象Objeet 设备内某一特定组件的抽象描述
GB/I31230.4一2014 注;一个对象可以是 一个设备能力的抽象描述,它由以下任一或所有部分组成 a 数据(随时间改变的信息); 1 2 组态(行为的参数); 方法(用数据和组态可以做的事情);或者 3 相关数据(以变量的形式)和操作这些数据的方法(程序)的集合 这些方法具有明确定义的接口和行为 b 3.4.26 过程数据Proeessdata 以测量和控制为目的的数据对象,其中包含指定周期传输或非周期传输的应用对象 3.4.27 服务器 Seryer 为另一个(客户)对象提供服务的对象 3.4.28 服务service 对象和/或对象类的执行是建立在另一个对象和/或对象类的请求基础上的操作或功能 3.4.29 从站Slave 只有在被主站或前面的从站启动后,才能执行媒体访问的D1实体 3.4.30 同步管理器Ssyemanager 控制单元的集合,用来协调对同时使用的对象的访问 3.4.31 同步管理器通道Ssyncmanagerchammel 用来协调对同时使用的对象的访问的单个控制单元 3.4.32 交换机Switech 在IEEE802.1D中定义的MAC桥 3.5通用符号和缩略语 注:很多符号和缩略语用于多个协议类型,但并非对所有协议都是必要的 DL-;数据链层(作为前缀)(Data-linklayer(asaprefix) DLC:DL-连接(DL-connection DLCEP;DL-连接端点(DL-connection-endpoint) DL.E;D-实体(数据链层本地活动实例)(儿-entity(thelocalaciveinstanceofthedata-linklayer)) DLL;DL-层(DL-layer) DLPCI.DL-协议控制-信息(DL-" protocol-control-information DLPDU,D-协议数据单元(DL.-protocoldata-unit DLM;DL--管理(DL-management) DLME:DL-管理实体(DL-管理本地活动实例)(DL-managementEntity(thelocalactiveinstance ofDLmanagement) DLMS,DL-管理服务(DL -managementService DLs:DL-服务(DL- -Service
GB/I31230.4一2014 DLSAP:DL-服务访问点(DL- -serviceaccess-point DL.SDU;DL-服务数据单元(DL-service-data-unit) FIFO;先进先出(队列方法)(Firstinirst-out(queuingmethod)) 0SI:开放系统互连(Open Systemsinterconnection Ph-;物理层(作为前缀)(Physicallayerasaprefix) PhE;Ph实体(物理层本地活动实例)(Phr-entity(thelocalactiveinstanceofthephysicallayer)) PhL,Ph层(Phlayer) Qos;服务质量(Qualityofservice) 3.6其他EtherCAT符号和缩略语 AL;应用层(Applicationlayer) DLsDU;DL服务数据单元(Data-linkprotocoldataunit APRD;自增式物理读(Autoinerementphysicalread APRw;自增式物理读/"写(Autoincrementphysicalreadwrite) APwR:自增式物理写(Autoinerementphysicalwrite) ARMIw:自增式物理读/多重写(Aut physiealreadmultiple toincrement write BRD:广播读(Broadeastread BRw;广播读/"写(Broadceastreadwrite) BWR:广播写(Broadcastwrite CAN:控制器局域网(Controller areanetwork CoE;基于EtherCAT服务的CAN应用协议(CANappliceationprotocoloverEtherCATservices) CSMA/CD;带冲突检测的载波监听多路访问Carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection DC:分布式时钟(Distributedclocks DCSM;DC状态机(DCstatemachine) DHSM:(DL.)PDU处理程序状态机((DL.)PDUhandlerstatemachine) EtherCAT:DL服务和协议的前缀(PrefixforDLservicesandprotocols) N E2PROM;电可擦可编程只读存储器(Elect erasableprogrammableread onlymemory EoE;基于EtherCAT服务的以太网隧道(EthernettunneledoverEtherCATservices) ESC:EtherCAT从站控制器(EtherCATslavecontroller FCS:帧检验序列(Framechecseguence FMMU;现场总线内存管理单元(Ft ieldbusmemorymanagementunit FoE;基于EtherCAT服务的文件访问(FileaccesswithEtherCATservices) FPRD;配置的地址物理读Configuredaddressphysicalread sicalreadwrite FPRw配置的地址物理读/写(Configuredaddr ressphys FPwR:配置的地址物理写(Configuredaddressphysicalwrite) FRMw;配置的地址物理读/多重写(Configuredaddressphysicalreadmultiplewrite) HDR:倾头(Header D;标识符(Identifier) IP;因特网协议(Internetprotocol) LAN,局域网(Loealareanetwork readD LRD,逻辑存储器读(L.ogical memory
GB/I31230.4一2014 LRw;逻辑存储器读/写(L.ogicalmenmoryreadwrite) LwR;逻辑存储器写(L.ogicalmemorywrite) MAC;媒体访问控制(Media accesscontro cifiedinISO/ MD:媒体相关接口见ISO/IEC8802-3中规定)(Mediadependent interfacee(speedi IEC8802-3)) MDX,邮箱数据交换(Mailboxdataexchange) ecifiedinISO" M媒体无关接口(见Iso/IEC8802-3中规定)(Mediaindepende entinterlace(spee IEC8802-3)) PDI.物理设备接口(允许从DL.S用户访问DL服务的 -组单元)(Physicaldeviceinterface(asetof elementsthatallowstoDLservicesfromtheDLS-user) PDO;过程数据对象(Processdataobjeet) PHY:物理层设备(见IS(O/IEC8802-3中规定)(Physicallayerdevice(speeifedinIS(O/IEC8802-3 networkvariale) PNV;发布网络变量(Publish RAM随机存取存储器(Randomaccessmenmory RMSM:恢复邮箱状态机Resilientmailboxstatemachine) Rx:接收(Receive) SDO;服务数据对象(Servicedataobject) einformationinterface S;从站信息接口(Slav SIISM.SI状态机(SIIstatemachine' syncM;同步管理器(synehronizationmanager SYSM:同步管理器状态机(Syncmmanagerstatemachine TCP传输控制协议(Transnmissioncontrolprotocol Tx;发送(Transnmit) UDP;用户数据包协议(Userdatagramprotocol) wKC;工作计数器(workingcounter) 3.7约定 3.7.1基本概念 3.7.1.1概述 服务已在GB/T31230.32014中进行了说明 服务规范对EtherCATDL.所提供的服务进行了 定义 这些服务到IsO/IEC8802-3的映射在本部分中进行描述 本部分采用GB/T17967中所给定的描述性约定 3.7.1.2抽象语法约定 与PDU结构相关的各DL语法元素在表1中列出并进行了描述 倾部分(Framepart)中的元素在规范中具体定义 数据区域(Datafield)是元素的名称 数据类型(DataType)表示终端符号的类型 值/描述(Value/Description)包含了常数值或参数的意义
GB/I31230.4一2014 表1DU元素表述实例 部分 数据区域 数据类型 值/描述 EtherCATxxx CMD Unsigned8 0xO1l IDX Unsigned8 索引 ADP Unsigned16 自增地址 AD0 物理内存地址 Unsigned16 LEN Unsigned11 YYY的数据长度(以八位位组为单位) Reserved Unsigned4 0x00 NExXT Unsigned1 0x00;最后一个EtherCATPDU 保留为将来使用 IRQ Unsigned16 YYY 一个元素 WKC Unsigned16 工作计数器 由C语言符号(GB/T15272)描述的属性类型见图1 BYTE和wORD是unsignedchar和 un signedshort类型 typedefstruct Unsiqned8 Type; uns1gned8 Revision; ianed1 US Build Unsigned8 No0fsuppEmmuChanne1s; NoofsuppsyncManchanne1s; Uns1gned8 Uns1qned8 RamS1ze Un3 Reserved1; 1mSOImPO FmmuB1toperationNotsupp: 1 ungiqned Reserved2 7; Resered3: 8; 1unsigneo 卫DLTNF0RMATIO1N; 类型描述实例 属性本身的描述如表2所示 参数描述了属性的一个单 一元素 物理地址表示在物理地址空间中的位置 数据类型指出该元素的类型 访问类型EtherCATDLPD1表示对元素的访问权 R表示只读访问权,w表示写人访问权 如 果EtherCATDL和PD对其均不拥有写人访问权,则该变量将由DL自身进行初始化和维护 值/描述包含了常数值和/或者参数的意义 10
GB/I31230.4一2014 表2属性描述实例 参数 物理地址 数据类型 访问类型访问类型PD 值/描述 0x01;初始化请求 0x02;预运行请求; Rw 0x03;引导状态模式请求; State 0x0120 R Unsigned4 0x4;安全运行请求 0x08;运行请求 0x00:无确认 0x0120 Unsigned1 Rw Acknowledge 0xo1确认(必须是一个正边沿》 Reserved 0xO0120 RW Unsigned3 0x00 Rw ApplicationSpecific 0x0121 Unsigned8 3.7.1.3保留位和八位位组的编码约定 术语Reserved可用于描述八位位组的位或整个八位位组 所有保留位或八位位组在发送端都应 设为0,并且不得在接收端进行测试,除非它被显式声明或者保留位或八位位组被状态机检查 术语Reserved也可用于指明一个参数范围内的特定值是用于将来扩展用的 在这种情况下,保留 值不应用在发送端,并且不得在接收端进行测试,除非它被显式声明或保留值被状态机检查 3.7.1.4特定字段八位位组的通用编码约定 DL.sDU可包含载有原始和压缩信息的特定字段 这些字段应按图2所示的顺序编码 msb Isb 八位组 位标识 Bit0 Bit1 Bit2 Bit3 Bi Bit5 Bit6 Bit 图2特定字段的公共结构 位可以组合成位组 每一个位或位组都应由位标识符寻址(如Bit0,Bit1到4) 在八位位组内的 位置应符合上图 位或位组可以用别名标识,也可标注为保留 分组数据位应无间隙升序 位组值可 表示为二进制、十进制或十六进制值,此值仅对位组有效,如果所有的8位均在组中的话,则只能代表整 个八位位组 十进制或十六进制的值应当转换为二进制值,这样,组中最高编号的位代表位组的msb 1l
GB/I31230.4一2014 示例:特定字段八位位组的描述和关系 Bit0Resered. Bit1-3:Reason_Code,十进制值2意味着一般错误 Bit47;固定设置为1. 根据上面的描述,构造的八位位组,如下所示 msbBit7 Bit6 1 Bit5 Bit4 Bit3 0. Bi2 Bit1 0 IsbBi0=0. 此位组有一个八位位组的值0xF4 3.7.2状态机约定 协议序列以状态机的方式描述 在状态图中状态表示为框,状态转换表示为箭头,状态名和状态图转换与状态转换表中的名称相 对应 状态转换文本列表结构如下,见表3. 第一列包含转换的名称 第二列定义当前状态 第三列包含一个可选事件,紧跟着以“/"作为开始字符的条件,最后是以“= ”作为开始字符的 动作 最后一列包含下一个状态 如果事件发生并满足条件,转换激发,即执行动作,并进人下一个状态 状态机描述布局如表3所示 状态机描述的各个元素的含义如表4所示 状态机描述元素 事件 当前状态 /条件 下一个状态 井 ->动作 表4状态机元素的描述 含义 描述元素 当前状态 状态的名称 个状态 状态转换的名称或编号 事件 事件的名称或描述 /条件 布尔表达式 前面的“/”不是条件的一部分 任务,服务或丽数调用的列表 前面的“=>"不是动作的一部分 动作 12
GB/I31230.4一2014 在状态机中使用的约定如表5所示 表5状态机中使用的约定 约定 左侧项的值被右侧项的值替换,如果右侧项的值是参数,来自于原语,可看作一个输人事件 如果a是一个字母,则表示一个参数的名称 例如,ldentifier axx reasonm 意思是reason参数值被赋值给叫ldentifier的参数 表示固定的可见字符串 例如,ldenifier xXx" "abc" 意思是值"abe"被赋值给一个叫dentifier的参数 如果所有的元素都是数值,该项表示以十进制表示的一个常数 nnn 如果所有的元素都是数值,该项表示以十六进制表示的一个常数 0xnn 逻辑条件,指示左侧项等于右侧项 逻辑条件,指示左侧项小于右侧项 逻辑条件,指示左侧项大于右侧项 逻辑条件,指示左侧项不等于右侧项 逻辑“与” 逻辑“或” 逻辑“非” 算数运算符 表达式的分隔符 注:为了理解协议机,建议读者参考属性定义,本地功能以及FDl-PpU定义相关的条 这里假设读者对于这些定 义都有足够的认识并在阅读时不需要任何额外的解释 以c语言符号(GB/T15272)进行定义的其他结构可用来描述条件和动作 DL协议概述 4.1 工作原理 EtherCATDL是实时以太网技术,旨在最大限度地利用全双工以太网带宽 媒体访问控制采用主 站/从站原则,主站节点(典型的控制系统)发送以太网帧给从站节点,从站节点从这些帧中提取和插人 数据 从以太网的角度看，一个EtherCAT网段就是一个单个的以太网设备,它接收和发送标准的IsO/ IEC8802-3以太网 但这种以太网设备并不局限于带后方的微处理器的单个以太网控制器,它可能 还包含大量的EhercAT从站设备 这些从站设备直接处理到来的以太网赖,从中读取数据租/或插人 自己的数据,并把赖传给下一个从站设备 网段内的最后一个从站设备沿着设备链反向发送完全处理 的以太网赖,并通过第一个从站设备把收集的信息返回给主站,主站接收信息做为以太网响应帆 此方法采用以太网全双工的模式;双方向的通信都是独立执行的主站设备和由一个或多个从站设 备构成的EtherCAT网段直接通信不需要使用交换机 13
GB/I31230.4一2014 4.2拓扑 通信系统的拓扑结构对自动化的成功应用是一个非常重要的因素 拓扑结构对布线诊断特性,冗 余选项和热插拔特性都有很大影响， Ethernet常用的星型拓扑结构可导致布线以及基础结构成本的增加 所以,尤其是对自动化应用. 往往优先考虑总线型或树型拓扑结构 从站节点的布置构成一个开环总线,在开环的一端，主站设备通过直连方式或者交换机发送数据 帆 在另一端接收被处理的数帮躺 从一个节点到下一个节点数据躺传输都有延时,数蝎帆从最后一 个节点返回PDU到主站 利用以太网全双工能力,由此产生的拓扑结构是一个物理线型 原则上,分支在任何地方都是可以的,它可以用来把总线型结构提升为树型结构,而树型结构支持 很简单的布线;比如,单个的分支可以拓展到控制柜或机器模块,而主干线却只能从一个模块到下一个 模块 4.3帧处理原则 要实现最高的性能,应以“onthely”方式直接处理以太网 如果以这种方式实现,从站节点在 帧通过从站时识别并执行相应的指令 注，EtherCATD能够通过标准以太网控制器实现而不直接处理 传输机制对传输性能的影响在IEc61784-2中 有相关描述 节点都有通过读或写服务访问的可寻址内存,这种读或写服务可以是单节点连续或多节点同步访 问 多个EtherCATPDU可以嵌人到一个以太网帧中,每个PDU寻址一个聚合的数据段 EtherCAT 的PDU传输如图3所示 48Bin 48Bi 16Bi 16B 32Bn Source Header FCS Destination EtherTpe 直接嵌入到以太网顿中 EtherTy:0x88A4 1.nEtherCATPDU 160Bit 6Blt thernetH IPHeader UDPH Header FCS 或利用UDP/IP DP嘴D8A4 11Bit 1Bit 4Bit Length Type R 1 图3帧结构 a)直接在以太网帧的数据区内 b)通过IP传输的UDP报文的数据段内 变种a)只能在一个以太网子网中使用,因为组合的不能被路由器传送 在机械控制应用中,这 种限制并不代表一种约束 多个EtherCAT网段被连接到一个或多个交换机 同一个网段的第一个节 点的以太网MAC地址被用作EtherCAT网段寻址 注更多关于寻址的详细措述请参考数据链路层服务定义(GB/T31230.3) 变种b)通过UDP/IP产生一个较长的协议头(IP和UDP头),但对于楼宇自动化等非时间关键的 应用允许使用IP路由选择 在主机端可以实现任何标准的UDP/IP传输协议 14
GB/I31230.4一2014 4.4数据链路层概述 通过一个以太网恢携带多个EtherCATPDU,多个节点可以被独立地寻址 被无间隙的打包到 个以太网帧中 最后一个EtherCATPDU是帧的结尾,除非当帧的大小小于64字节时,在这种情况下 必须填充到64字节 相对于每个节点传输一触数据,EthercAT能够更好的利用以太网的带宽 然而,例如一个只包含 2比特用户数据的2通道数字输人节点，一个单个的EtherCATPDU的开销仍然过多 因此.从站节点同样可以支持逻辑地址映射 过程数据可以插人到逻辑地址空间内的任何地方 如果包含用于明确的过程数据映射区(位于相应逻辑地址)的读或写服务EtherCATPDU被发送,而不 是寻址特定节点,那么每个节点从正确的位置提取或插人过程数据,如图4所示 正 EtherCAT 以太网DR顿HDR 过程数 wKC FCS HDR 图4单个帧的数据映射 所有的节点都检测是否有地址与过程映像相匹配,如果匹配的话就插人它们的数据,这样多个节点 可以被一个EtherCATPDU同时寻址 主站可以通过单个的EtherCATDU得到完整的逻辑过程映 像序列 主站不再需要额外的映射,所以过程数据可以直接分配到不同的控制任务中 每个任务都可 以创建自已的过程映射并在自已的Timeframe内交换过程映像 节点的物理顺序完全是任意的,仅和 首次初始化阶段相关 逻辑地址空间大小为2=八位位组(4GB) EtherCAT现场总线可以被认为一个用于自动化系统 的串行背板,并使其在大的和非常小的自动化设备下都能连接到分布式过程数据 使用标准的以太网 控制器和标准的以太网电缆,大量的I/0通道(无分配限制)可与自动化设备连接,因此EthercAT具 有高带宽,低延迟和最佳的有效可用数据传输率 同时,为了保留现存的技术和标准,像现场总线扫描 仪这样的设备也可以连接 4.5错误检测概述 EherCATDL通过以太网帧的检测序列(FCs)来判断一个帆是否被正确传输 由于一个或儿个 从站会在数据传输过程中修改以太网帜,因此在传播过程中,每个从站都全在接收时检查FcS并在发 送时重新计算 如果检测到校验和错误,从站不进行FcS修改,而是通过增加错误计数来通知主站,确 保在一个开环拓扑里能够精准地确定单一错误源的位置 当对EtherCATDLPDU读或写数据时,被寻址的从站要将位于DLPDU尾部的工作计数器 wKC)递加 通过分析wKC,主站能检测出期望的节点号是否已经处理过相应的DLPDU 4.6节点参考模型 4.6.1映射到oOSI基本参考模型 使用GB/T9387OsI基本参考模型中的原理,方法和模型描述了EtherCATL OsI模型为通 信标准提供了一种各个层可以独立开发和修改的分层方法 在EtherCATDL 规范中按自顶向下定义 15
GB/I31230.4一2014 了完整的OSI协议栈的功能和协议栈的用户功能 OSI的中间3一6层的功能被并人到EtherCATDL 数据链路层或EtherCATDL应用层 同样的,那些现场总线应用层的用户常规特性由EtherCAT应 用层提供,以便简化用户操作,如图5所示 DL-用户 A 阿步管理 邮箱 过程数据 器没定 FMIM师 DI 层瞥理 LLControl DLStatuS EtherCAT数据链路层 物理层 图5从站节点参考模型 4.6.2数据链路层特征 数据链路层为通过EtherCATDL连接的设备之间的数据通信提供基本时间关键的支持 “时间关 键”一词用来描述带时窗的应用,在此时窗内,要求完成一个或多个有明确定义确定度的规定动作 在时 窗内没有完成指定的动作,有可能造成需要该动作的应用的失败,甚至会影响设备、厂房及人身安全 数据链路层的任务包括计算,比较,生成校验序列,并通过从以太网帧中提取或插人数据来实现 通信 这些任务依据在被预先定义的内存位置中的数据链路层参数来实现 在物理内存中通过邮箱配 置和过程数据部分使得应用层能够使用应用数据 4.7操作概述 4.7.1与Iso/IEC8802-3的关系 这部分描述了Iso/IEC8802-3以外的数据链路层服务 4.7.2数据帧结构 EtherCAT以太网帧包括一个或多个EtherCATPDU(如图6),每个PDU寻址独立的设备或存储 区 通过帧类型0x88A4!和EtherCAT帧头识别EtherCAT帧 或者,当采用符合IETFRFc791 =0x88A4和EtherCAT IETFRFC768的UDP/IP传输时如图7),通过目的UDP的端口号34980'=0 帧头识别EtherCAT帧 其他分散的IP数据包被忽略 如果UDP校验被从站设置成0,也会被忽略 不检查IP服务类型,不校验IP协议头校验,但需要IP数据包长度和UDP的数据长度 每个EtherCATPDU都包含一个EtherCAT头,数据域和相应的工作计数器 所有节点被Ethe CATPDU寻址并且交换相关的数据后,将增加工作计数器的值 1 IEEE注册机构为EtherCAT分配的以太网类型为0x88A4 2 互联网数字分配机构(IANA)为EtherCAT分配的UDP端口号是34980. 16
GB/I31230.4一2014 EAheCA ECAPD EthernetHeade EtherCATPDU Enct E1her FrameEhterCAT Pre Data Data FCs P HDR HDR 8 6 6 2 2 10 2)10 (4 11486 (34.14742 图6EtherCATDU嵌入以太网赖 Ethernet！ nctHeader IP UDP EtherCAT EthecrCATPDU EtherCAPDU Enet AA rCAT sCAT DA Data 8 自 Pre SA HDR HDR Data CS DR T6 T8 67 2 T2D Oy ..1458) 2 uO .I446 2 图7EtherCArPDU嵌入UDP/Im 帧结构 5.1顿编码原则 EtherCATDL采用标准的1sO/IEC8802-3以太网倾结构来传输EtherCATPDU 也可以选择通 过UDP/IP发送这些PDU EtherCAT的特定协议部分在这两种情况下是相同的 5.2数据类型和编码规则 5.2.1数据类型和编码规则的一般描述 为了能够交换有意义的数据,数据格式和含义必须被生产者和消费者们知道 本规范通过数据类 型的概念模型化以上需求 编码规则定义了数据类型的数值的描述以及传输语法的描述 数值以位序列描述 位序列以八位 位组为单位传输 数值的数据类型以小节字序风格编码,如表6 数据类型编码规则应该同时适用DL 服务和协议以及AL服务和协议的规定 在IsO/IEC8802-3 中指定以太网帧的编码规则 以太网的DL.SDU是一个八位位组串 八位位组的传送顺序取决于 MAC和PhL的编码规则 5.2.2位序列的传输语法 为了通过EtherCATDL.传送，一个位序列会被重新编人一个八位位组序列中 在GB/T15272中 十六进制表示法同样可以用于八位位组 使b=b,b-成为一个位序列 符号人是一个非负整数 比如8(b一1)n是八位位组的最高位数,是不关 注位的 八位位组1先被传送,八位位组人最后被传送 因此位序列传送依次通过网络(八位位组中的传送 顺序见ISO/1EC8802-3) b7,b,,b,bs,,b, 表6位序列传输语法 八位位组数 b-b从一 bb b1s*b 17
GB/I31230.4一2014 示例 Bit9 Bit0 10b 0001b 1l00b 0x2 0xl 0xC 0x21c 位序列b=b,b=0011100001b表示一个值为0x21C的Unsigned10,它被分成2个八位位组传送;第一个是0xlC然 后是0x02. 5.2.3无符号整数 基本数据类型Unsignedn的数据值是非负整数,值的范围是0,,2"-' 数据表示为长度为n的 位序列 位序列 b=b,b, 被赋值 Unsignedn(b)=b,-X2"1十十b×2'十b×2" 位序列的最低有效位从左边开始 示例，值266=0xl0A数据格式是Unsignedl6进制数,它被分成2个八位位组传送,第一个是0x0A,然后是0x01. ed7和 nsigned数据类型比如UnsignedlUn Unsignedn数据类型的传送见表7 Un nsigne Unm ed9Un nsignedl5也将被使用 在这种情况下,下一个单元将会从第一个自由位的位置开始,见 nsigned 3.7.1 表7Unsigned数据类型的传输语法 八位位组编号 5 6 8 3. bb Unsigned8 Unsignedl6 b;b bsb Unsigned32 bb b8b bb b1b1 b Unsigned64 bsb ba;b6b1b b.nbab7b0 b.;ba babe 5.2.4带符号整数 基本数据类我haegen的数据值是整数,值的范围是一?1一1一1 数据表示长度为"的位序 列 位序列 b= =bb, 被赋值 ×2"-子十 +b×2'+b×2”ifb 0 lntegern(b)=bn-" 执行2的补码 lntegern(b)=一Integern(b)-1ifb,-1=1 注:位序列的最低有效位从左边开始 示例;值一 =0xFEF6的数据格式为lntegerl6,它被分成2个八位位组传送,第一个是0xF6,然后是0xFE: -266= Integern数据类型的传送见表8 Inm nteger数据类型比如lntegerllnteger7和Integer9 ntegerl5也将被使用 在这种情况下,下一个单元将会从第一个自由位的位置开始,见3.7.1 18
GB/I31230.4一2014 表8Integern数据类型的传输语法 八位位组编号 6 5 8 3. bb lnteger8 lntegerl6 bb bsb Integer32 b bb bba b1bal lnteger64 b;b bisb bb6 b.1ba bb b;b b.sba b6b6 5.2.5八位位组串 数据类型OetetStringlength的定义如下;length是八位位组串的长度 ARRAY[length]OFUnsigned8OctetStringlength 5.2.6可见字符串 VisibleStringlength数据类型定义如下 VIsIBLE_CHAR数据类型的允许值为O以及0x20 0x7E 用7位编码字符表示其数据 length是可见字符串的长度 Unsigned8VIsIBLE_CHAR ARRAY[length]OFVISIB3LE_CHARVisibleStringength 这里不需要0x0去终止此字符串 5.3DL.PU结构 5.3.1EtherCAT帧嵌入以太网顿 结构包含以下数据项,见表9. 表 EtherCAT帧嵌入以太网帧 9 帧部分 数据区域 值/描述 数据类型 Ethernet DestMAC BYTE[6] Iso/IEC8802-3规定的目的MAC地址 SrcMAC BYTE[6] ISO/IEC8802-3规定的源MAC地址 IEEE802.1Q规定的0x81,0x00和2字节标签控制 L.ANTg 可选的) BYTE[们 信息 EtherType BYTE[2] 0x88,0xA4EtherCAT) 见5.3.3 EtherCATframe 5so/IEC8802-3规定,如果DL.PpDU少于64个八位位 Padding BYTE[n 组,则需要填充 Ethernet:cs FcCs Unsigned32 ISO/IC8802-3规定的标准以太网校验和代码 5.3.2EtherCAT帧嵌入UDP数据报 帧结构包括以下数据项,见表10 19
GB/I31230.4一2014 表10EtherCAT帧嵌入UDPPDu 数据区域 数据类型 值/描述 部分 YTE[G Ethernet DestMAC 见表9 SrcMAC BYTE[6] 见表9 可选的 VLANTag BYTEE[4] 见表9 0x08,0x00(IP BYTE[2] EtherType VersionHL BYTE 0x45IP版本(4头长度5关4个八位位组 0x00(P服务器类型 Service BYTE Totallength Unsigned16 IP服务的总长度)EtherCAT段中不检查 分段服务的P标识)EhercAT段中不检查 ldentifieation Unsigned16 IP标志-它们将不被考虑但EtherCAT赖分段会导致 BYTE Flags 错误)EthercAT段中不检查 IP分段数-EtherCAT分段会导致错误 Fragments BYTE EtherCAT段中不检查 IP生存时间-只在路由器中检测)-EtherCAT段中不 Tt BYTE 检查 BYTE IP子协议-这个值保留用于UDP)y Protocol Headerecheeksum Unsigned16 IP头校验和)-EtherCAT段中不检查 BYTE[ 发起端的P源地址)EtherCAT段中不检查 SourceIPaddress 帧指向的lP目的地址-在EtherCAT中通常一个组 DestinationIP BYTE[4] 播地址像单独地址一样需要地址解析协议ARP)Eher aaddres CAT段中不检查 UDp wORD UDP源端口-EtherCAT段中不检查 Srcport 0x88A4(UDP源端口 Destport wORD wO)RD UDP顿长度)-EtherCAT段中不检查 Length Checksum wORD UDP的校验和)-被EtherCAT置0但不校验 EtherCATframe 见5.3.3 IsO/IEC8802-3规定,如果DLPDU少于64个八位位 BYTELn Padding 组,则需要填充 FCS so/IEc8802-3指定标准以太网校验和代码 EthernetFCS Unsigned32 注1;lE:TFRFc79规定P包结构和编码要求 注2:IETF协议(见IETFRFC768和RFC791)的多八位位组值的八位位组顺序不同于EtherCATDL-协议 心
GB/I31230.4一2014 5.3.3EtherCAT帧结构 EtherCAT恢结构应由表11,表12与表13中的结构之一构造 表11包含EtherCATPDU的EtherCAT帧结构 部分 数据区域 数据类型 值/描述 EtherCATFrame L.ength Unsignedl1 赖的长度减去2个八位位组 Reserved Unsignedl 协议类型=EtherCATDLPDUs0x01 Type Unsigned4 EtherCATPDU门1 见5.4 见5.4 EtherCATPDUn 见5.4 表12包含网络变量的therCAT帧结构 帧部分 数据区域 数据类型 值/捕述 帧的长度(减去2个八位位组) EthercATtrame L.ength Unsignedl1 reserved Unsigned1l 协议类型 Type Unsigned4 networkvariables0x04 发布者ID(PublisherID) Publisherheader PublD BYTE[6 包括EtherCAT帧在内的网络变量数 CntNV Unsigned16 发布者侧的周期数 CYC Unsigned16 reserved BY'TE[2] 0x00,Ox00 见5.5 Networkvariable1 见5.5 见5.5 Networkvariablen 表13包含邮箱的EtherCAT帧结构 帧部分 数据区域 数据类型 值/描述 EtherCATframe 帧的长度(减去2个八位位组 Unsigedn L.ength reserved Unsigned 协议类型 mailbox(0x05 Type Unsigned4 Maillox 见5.6 21
GB/I31230.4一2014 5.4EtherCATDLPDU结构 5.4.1 读 5.4.1.1概述 读服务是一个主站从一个或多个从站的内存中读取数据 如果至少出现一个被寻址的属性,那么 每个从站应增加工作计数器 自增式物理读(Autoinecrenmentphysiealread.APRD) 5.4.1.2 自增式物理读(APRD)编码见表14 每个从站增加地址ADP 从站接收到一个值为0的自增式 地址就执行读操作请求 表14自增式物理读(APRD) 部分 数据区域 数据类型 值/描述 CMD EtherCATPDU Unsigned8 0xO1APRD命令 DX Unsigned8 索引 ADP woRD 自增式地址 AD(O wORD 物理内存或寄存器地址 LEN Unsigned1 DATA数据区域的长度 reserved 0x00 Unsigned3 循环帜， 0;赖没有循环 Unsignedl l:顿已循环一次 0x00;EthercAT赖的最后一个EthercATPpU NExT Unsigned 0xO1:EtherCAT倾里还有后续EtherCATPDU 外部事件 IRQ WORD DATA OetetStringLEN数据,结构按照5.6,第6章或者由DLS用户规定 wKc wO)RD 工作计数器 CMD 命令参数应包含服务命令 -IDX 索引参数是此服务中主站的本地标识符;它不能被从站修改 ADP 每个从站递增该参数,当从站接收到该参数为0值时执行读访问 注:这表示,该参数包含主站侧在逻辑环中从0开始的从站负数位置(如;一7表示有7个从站在主站和被寻址的从 站之间) 收到证实原语时,该参数包含被增加了所经过的从站个数的请求值 -ADO 该参数包含从站物理内存空间中被读取的数据存储区的首地址 -LEN 该参数包含被读数据的八位位组个数 该参数应表示帧在网络中已经循环,不应被转发 22
GB/I31230.4一2014 -NEXT 该参数应规定帧中是否还有另一个EtherCATPDU IRQ 该参数包含被外部事件掩码(见表39)所掩码的外部事件(见表38) DATA 如果对寻址的从站访问有效,那么该参数包含读取的数据 否则发送请求的值保持不变 wKC 如果数据读取成功该参数增加1 5.4.1.3配置的地址物理读(Configuredaddressphysiealread,FPRD 配置地址物理读(FPRD)编码,见表15 表15配置的地址物理读(FPRD) 部分 数据区域 数据类型 值/描述 EtherCATPDU CMD Unsigned8 0x04FPRD命令 索引 DX Unsigned8 ADP wo)RD 配置的站地址或配置的站别名 ADO wO)RD 物理内存或寄存器地址 LEN Unsigned11 DATA数据区域的长度 Unsigned3 0x00 reserVed 循环赖 Unsigned1 0;没有循环; 11;已循环一次 0x00EtherCAT恢的最后一个EtherCATPDU NEX Unsigned1 0x01:EtherCAT倾里还有后续EtherCATPDU IRQ wORD 外部事件 数据,结构按照5.6,第6章或者由DL.s用户规定 DATA OetetStringLEN wKc woRD 工作计数器 CMD 命令参数应包含服务命令 -IDX 索引参数是此服务中主站的本地标识符;它不能被从站修改 ADP D_address值作为站地址或者站地址别名的从站应执行读动作 ADO 该参数包含从站物理内存空间中被读取的数据存储区的首地址 LEN 该参数包含被读数据的八位位组个数 该参数应指示帧在网络中已经循环,不应被转发 23

工业以太网现场总线EtherCAT第4部分：数据链路层协议规范GB/T31230.4-2014

工业以太网是一种用于工业自动化领域的通信协议，具有高速、可靠、灵活等特点。而现场总线则是将控制器和现场设备之间的通信进行统一管理的一种技术手段。EtherCAT作为一种先进的现场总线技术，具有快速传输、低延迟、高实时性等优势，在工业应用中得到了广泛应用。

而在EtherCAT中，数据链路层协议规范是非常重要的一个环节。数据链路层协议规范主要定义了EtherCAT数据帧的格式、传输流程、错误处理等内容，对于确保数据传输的可靠性和稳定性具有至关重要的作用。

GB/T31230.4-2014是国家标准化管理委员会发布的针对EtherCAT数据链路层协议规范的标准。根据该标准，EtherCAT数据链路层协议规范主要包括以下几个方面：

• 1. 数据帧格式：EtherCAT数据帧由报头、数据和尾部组成，报头包含了必要的信息，如命令类型、数据帧长度等；数据部分是实际的数据内容，用于传输应用数据；尾部则包含了错误检测和校验等信息。
• 2. 传输流程：EtherCAT数据链路层协议规范通过定义命令帧和数据帧之间的传输流程来保证数据传输的可靠性。例如，在发送数据帧之前需要先发送一些命令帧，以确保接收方已经做好接收准备。
• 3. 错误处理：在数据传输过程中，可能会出现一些错误，如丢失、重发等。EtherCAT数据链路层协议规范通过使用循环冗余校验（CRC）来检测和纠正这些错误，并在必要时进行重发。
• 4. 实时性：EtherCAT数据链路层协议规范具有较高的实时性能，可以在毫秒级别内完成数据传输和处理。

总之，GB/T31230.4-2014为EtherCAT数据链路层协议规范提供了详细的规范和标准。在工业自动化应用中，遵循这些规范和标准可以确保数据传输的可靠性和稳定性，提高生产效率，降低成本。

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