GB/T31230.6-2014
工业以太网现场总线EtherCAT第6部分：应用层协议规范
IndustrialethernetfieldbusEtherCAT―Part6:ApplicationLayerprotocolspecification
- 中国标准分类号（CCS）N10
- 国际标准分类号（ICS）25.040
- 实施日期2015-04-01
- 文件格式PDF
- 文本页数156页
- 文件大小1.66M
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工业以太网现场总线EtherCAT第6部分：应用层协议规范
国家标准 GB/T31230.6一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第6部分:应用层协议规范 IndustrialethernetfiedbusEtherCAT一 Part6:ApplicationLayerprotocolspeeificationm 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/T31230.6一2014 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 -致性 l.4 规范性引用文件 术语,定义,符号、缩略语和约定 参考模型术语和定义 3.1 3.2服务协议术语和定义 3.3应用层定义 3.4通用符号和缩写 3.5附加的符号和缩略语 1 ???? 3.6约定 应用层协议规范 4.1工作原理 4.,2节点参考模型 16 FAL语法描述 5.1编码原则 16 5.2数据类型和编码规则 16 5.3AR编码 19 5.4SI编码 214 5.5等时同步PDI编码 29 5.6CoE编码 3 5.7EoE编码 7 5.8FoE编码 80 FAL协议状态机 86 6.1总体结构 86 6.2AP上下关系状态机(APContextstatemachine 87 6.3FAL服务协议机(FALserviceprotocolmachine，FsPM) 87 应用关系协议机(Apleation 87 6.4 RelationshipProtocolMachines，ARPM 6.5DLL
映射协议机(DLL mappingprotocolmachine，DMPMD 147 参考文献 148 图1特定字段的公共结构 图2类型描述示例
GB/T31230.6一2014 图3从站节点参考模型 16 图4TimeOfDay的编码 图5TimeDifference的编码 图6AL控制请求结构 I9 20 图7AL控制响应结构 22 图8AL状态变化结构 图9PDI控制类型描述 同步配置类型描述 分布式时钟同步和锁存类型描述 图1 图12CoE一般结构 图 32 SD0下载急送请求结构 到 34 14SDO 下载急送响应结构 图 35 15SDO常规下载请求结构 图 16下载sD0段请求结构 36 下载sD0段响应结构 37 17 18sDo上传急送请求结构 图 38 19sD0上传急送响应结构 35 图20SD0常规上传响应结构 40 到 上传SD段请求结构 21 图22上传sD0段响应结构 图 23中止sD0传输请求结构 图24sD信息服务结构 图25获取OD列表请求结构 图26获取OD列表响应结构 48 图27获取对象描述请求结构 49 图28获取对象描述响应结构 5 图29获取条目描述请求的结构 51 图30获取条目描述响应结构 52 图31SD0信息错误请求结构 54 图32EoE一般结构 7" 图33EoE时间戳结构 图34EoEFr Fragment请求结构 75 图35SetIPParameter请求结构 图36SetIPParameter响应结构 7？ 图37SetAddres、Filter请求结构 76 图38SetAddres、Filter响应结构 8G 图39FoERead请求结构
GB/T31230.6一2014 图40FoEwrite请求结构 81 81 图41 FoEData请求结构 图42Ack请求结构 图43Error请求结构 83 图44Busy请求结构 86 图45协议机间的关系 图46AR协议机 图47ESM图 88 表1PDU元素的描述示例 12 表2属性描述实例 表3状态机描述元素 表！状态机元素的说明 3 表5状态机中使用的约定 5 表位序列的传输语法 表7Unsignedn数据类型的传输语法 8 表8Integern数据类型的传送语法 表9AL控制描述 C 表10AL控制响应 2r 表11AL状态编码 20 表12AL状态改变 22 表13PD控制 2: 表14PD1配置 23 表15同步配置 224 表16 人站信息接口区域 2 表17 从 站信息接口类别 2: 表18支持的邮箱协议类型 25 表19类别类型 25 表20String类别的结构 26 表21General类别的结构 26 27 22FMMU类别的结构 表 表 23每个元素的SyneM类别的结构 28 28 表 24每个PDO的TXPDO和RXPD0类别的结构 表25PD0Entry的结构 28 30 表26分布式时钟同步参数 30 表27分布式时钟锁存数据 32 表28CoE元素
GB/T31230.6一2014 33 表29SDO下载急送请求 34 表30SDO下载急送响应 35 表31SD0常规下载请求 36 表32下载SDO段请求 37 表33下载SD0段响应 表34 38 SD0上传急送请求 表35sDo上传急送响应 39 表36SD0常规上传响应 表37上传sD0段请求 表38上传sD0段响应 42 表39中止sDo传输请求 表40sD0中止代码 表4!sDo信慧息服务 42获取OD列表请求 表 43获取OD列表响应 表 48 4gG 表4挂获取对象描述请求 45获取对象描述响应 表 56 表46获取条目描述请求 5 47获取条目描述响应 表 52 表48sD(信息错误请求 54 表49紧急请求 55 表50紧急错误代码 55 表51错误代码 56 表52诊断数据 57 表53同步管理器长度错误 5 表54同步管理器地址错误 57 5 表55同步管理器设置错误 表56通过邮箱进行RxPD0传输 58 表57通过邮箱进行TxPD0传输 58 表58RxPD0远程传输请求 59 59 表59TxPD0远程传输请求 表60命令对象结构 6C 表61对象字典结构 60C 表62对象代码定义 表63基本数据类型区 表64扩展数据类型区 63
表65枚举定义
GB/T31230.6一2014 6 表66CoE通信区 65 表67DeviceType 65 表68ErorRegister 66 表69ManufacturerDevieeName 66 表70ManufacturerHardwareVersion 7l ManufacturerSoftwareVersion 表 表72ldentityObject 68 表73ReceivePDOMapping TransmitPDOMapping 68 表74 65 表75SyncManagerCommunication 表76SyncManagerChannel 70 表77SyncManagerSynchronizationm 表78InitiateEoE请求 72 表79InitiateEoE响应 表80EoEFragment请求 表81EoE数据 表82SetIPParameter请求 75 表83SetIPParameter响应 76 表84EoEResult 表85setAddressFilter请求 表86SetAddressFilter响应 表87FoERead请求 80 表88FoEwrite请求 表89FoEData请求 表90Ack请求 83 表91Error请求 表92FoE的错误代码 84 表93Busy请求 85 表94状态转换与本地管理服务 89 表95ESM到DL的原语 90C 表96DL到ESM的原语 9C 表97应用到ESM的原语 9C 表98ESM到应用的原语 90 表99ESM变量 92 表100ESM宏 92 表101ESM函数 93 表102ESM状态表
GB/T31230.6一2014 112 表103ESM函数 112 表104邮箱处理程序向DL发出的原语 113 表105DL向邮箱处理程序发出的原语 113 表106协议处理程序向邮箱处理程序发出的原语 113 表107邮箱处理程序向协议处理程序发出的原语 表108应用向CoESM发出的原语 1l5 109CoESM向应用发出的原语 表 表110CoESM状态表 13 表ll1应用向EoESM发出的原语 表112EoEsM向应用发出的原语 132 133 表113EoESM状态表 表114应用向FoESM发出的原语 140 表115FoESM向应用发出的原语 140 表1l6FoESM状态表
GB/T31230.6一2014 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6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/T31230.6一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第6部分;应用层协议规范 范围 本部分与IEC标准的关系 11.1 GB/T31230的本部分依赖于IEcC61158系列文件类型12中相对应的部分
1.2概述 现场总线应用层(FA)为用户程序提供一种访问现场总线通信环境的方法,FAL被当作相应的应 用程序之间的“窗口” 针对therCAT现场总线的自动化环境和材料,本部分为应用程序之间基本时间关键及非时间关 键信息的交流提供公共要素
“时间关键”一词代表存在一个时窗,在此时窗内,要求完成一个或多个有 明确定义的指定动作
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失败,甚至会影响 设备、厂房及人身安全
本部分以一种抽象的方式定义由不同类型的现场总线应用层提供的外部可视的服务,含以下方面 定义在通信应用实体间传送的应用层协议数据单元的抽象语法 D) b) 定义在通信应用实体间传送的应用层协议数据单元的传输语法; 定义通信应用实体间可视的应用服务行为的应用上下关系状态机 c d)定义通信应用实体间可视的通讯行为的应用关系状态机
本部分的目的是为下列内容定义协议 定义GB/T31230.5中定义的服务原语的wire-representation 1 定义与传输相关的外部可视行为
2) 本部分规定IEC现场总线应用层的协议,并与OSI基本参考模型(GB/T9387)及OsI应用层结构 (GB/T17176)相一致 包含在应用过程中的FAL应用实体(AE)提供FAL服务和协议
FALAE由一组面向对象的应 用服务单元(AsE)和一个管理AE的层管理实体(LME)组成
ASE提供操作一组应用过程对象 AP(o)类的通信服务
在FALAsE中有一个管理ASE,它能提供一组用于FAL类实例管理的通用 服务
从应用的角度,尽管这些服务定义了请求和响应怎样被发布和传送,但它们都不包括关于请求和响 应中的应用发布和传送内容的规范
也就是,应用的行为方面没有被定义
只有对它们可以发送/接收 什么样的请求和响应进行了明确定义
这使得FAL用户在标准化这种对象行为时更具灵活性
除了 这些服务之外,在该部分中也定义了一些支持服务,以提供对控制操作的某些方面的FAL的访问
1.3规范 本部分的主要目的是定义应用层协议的语法和行为,用于传送在GB/T31230.5中定义的应用层 服务
本部分的另一个目的是为先前已有的工业通信协议提供升级路经
1.4一致性 本部分不规定具体的设备或产品,也不具体限制工业自动化系统中的应用层实体的实现
GB/T31230.6一2014 GB/T31230.5虽然没有与设备的一致性,然而,通过执行本部分可实现标准的一致性
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 程序设计语言c GB/T15272 信息技术开放系统互连应用层结构 GB/T17176 微处理器系统的二进制浮点运算 GB/T17966 信息技术开放系统互连基本参考模型OsI服务定义约定 GB/T17967 GB/T31230.3工业以太网现场总线EtherCAT第3部分;数据链路层服务定义 GB/T31230.5工业以太网现场总线EtherCAT第5部分;应用层服务定义 so/IEC.88023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 Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystemslocalandmetropolitanareanet worksSpecificreguirements Part3:CarriersensemultipleaccesswithcollisiondetectionCSMA CDaccessmethodandphysicallayerspecifications IEEE802.1D2004用于局域网和城域网的IEEE标准公共规范媒体访问控制MAC)网桥 IEEEstandardforlocalandmetropolitanareanetworks CommonspecificationsMediaaccesscon- trolMACBridges;availableathttp://www.ieee.org IEEE802.1lQ，1998用于局域网和城域网的IEEE标准一虚拟桥接局域网(IEEEstandardfor Localandmetropolitanareanetworks一VirtualbridgedlocalareanetworksBridges;availableatht tp://www.ieee.org IETFRFc791因特网协议DARPA因特网程序协议规范(InternetProtocoldarpainternetpro- gramprotocolspeeification;availableathttp://www.ietf.org)〉 术语,定义、符号,缩略语和约定 下列术语、定义、符号、缩略语和约定适用于本文件 3.1参考模型术语和定义 3.1.1 对应(N)实体correspondent(N)-entities [GB/T9387.1] 对应AL实体eorrespondentAL-entities(N=7) 3.1.2 N)实体N)-entity N=7 AL实体(N=7)AL-entity [GB/Tg387.1] 3.1.3 ND 层 N)-le r”(N=7) AL层(N=7)AL-- [GB/Tg387.1] -layer 3.1.4 层管理 [GB/Tg387.1] layer-management
GB/T31230.6一2014 3.1.5 对等实体peerenttes [GB/T9387.1] 3.1.6 原语名称primitive [[GB/T9387.31 name 3.1.7 AL协议AL [GB/Tg387.1 -protocol 3.1.8 AL协议数据单元AL-protoeodata-umit [GB/T9387.1] 3.1.9 复位 [GB/T9387.1] reset 3.1.10 路由 rrouting [GB/T9387.1] 3.1.11 [GB/9387.1] 分段segmentimg 3.1.12 (N)服务(N)-seryice AL服务(N=7)AL-service(N=7) [GB/T9387.1] 3.1.13 AL服务数据单元AL-service-data-unit [GB/T9387.1] 3.1.14 AL单工传输AL-simplex-transmmission [GB/T9387.1 3.1.15 AL子系统AL-subsystem" [GB:/T9387.1 3.1.16 系统管理systemms-management [GB:/T9387.1 3.1.17 AL.用户数据AL-userdata [[GB/T9387.1 3.2服务协议术语和定义 3.2.1 接受者 [GB/T17967 acceptor 3.2.2 不对称服务asymmetrielseryiee [GB/17967] 3.2.3 证实(原语conlfirmprimitive [GB/T17967 请求者,交付(原语》ruestor.dever" primmitive) 3.2.4 deliver 交付(原语 [GB/T179671 primitive 3.2.5 GB/T179671 AL服务原语 AL-serviceprimitive 3.2.6 vider GB/T17967 AL服务提供者AL-servicpro
GB/T31230.6一2014 3.2.7 AL服务用户AL-servie-user [GB/T17967] 3.2.8 指示(原语》indieation(primitie) [GB/T179671 接受者,交付(原语aeptor.deler(primtthve 3.2.9 请求(原语 requestprimitive) [GB/T17967 请求者.提交原语 requestr.submit(primitie) 3.2.10 请求者 [GB/T17967] requestor 3.2.11 imitive 响应(原语responsepr [GB/T17967 接受者.提交(原语aeeptr.submit(primitve) 3.2.12 submit(primtve) [GB/T17967 提交(原语 3.2.13 [GB/T17967] 对称服务 Symmetricalseryice 3.3应用层定义 3.3.1 应用ppliteation 生产或消费数据的函数或数据结构
3.3.2 应用对象app plieationobjects 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
3.3.3 应用过程applieationproe eSS 网络上分布式应用的一部分,其在设备上可以确切寻址
3.3.4 应用关系appl plieatonrelatonship 在两个或多个应用实体调用间,为了交换信息和协调运行而形成的合作关系
这种关系可通过交 换应用协议数据单元或预配置活动来激活
3.3.5 属性attribute 对象的外部可见的特征或特性的描述
注;对象的属性包含对象的变量部分信息
通常情况下,它们提供状态信息或监管对象的操作
属性也可能会影 响对象的行为
属性分为类属性和实例属性 3.3.6 基本型从站 basicslaVe 只支持数据物理寻址的从站设备
3.3.7 行为bhehavior 一个对象如何响应特定事件的表现
GB/T31230.6一2014 3.3.8 比特bit 由1和0组成的信息单元,是可发送的最小数据单元
3.3.9 通道 chanel 表示从站的单个物理或逻辑管理对象,用于控制数据的传送
3.3.10 客户机cliemt 使用另一个对象的服务来执行任务的对象 a b)服务器所响应的消息的发起者
3.3.11 时钟同步 cocksynchroization 时间主站发起一系列交互来同步所有时间接收器的时钟
3.3.12 通信对象 commmunicationobjeet 通过网络管理和提供信息交换的运行时的组件
3.3.13 连接eonneetion 在相同或不同设备中的两个应用对象之间的逻辑绑定 3.3.14 消费consume 从提供者接收数据的行为
3.3.15 消费者 consumer 从提供者接收数据的节点或汇点(sink)
3.3.16 传输路径conveyaneepath APDU通过应用关系的单向流
3.3.17 周期eyelie 以定期和重复模式进行重复的事件
3.3.18 数据data 泛指现场总线上传送的任何信息
3.3.19 数据一致性dataconsisteney 实现客户机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 3.3.20 数据类型datatype 某种数据类型的值与编码之间的关系,符合IEC61131-3
3.3.21 数据类型对象dataypobjct 在对象字典中指示为数据类型的条目
GB/T31230.6一2014 3.3.22 默认网关defaultgateway 至少有两个接口在不同的IP子网,并作为子网路由器的设备
3.3.23 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. 3.3.24 epoie 设备行规deviee 设备相关信息以及提供相似设备间的兼容性的功能的集合
3.3.25 诊断信息diagnosisinformation 在服务器上出于维护目的的所有可用的数据
3.3.26 分布式时钟distributedclocks 同步从站并维持一个全局时基的方法
3.3.27 误差 errOr 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 3.3.28 错误类erorelass 相关错误定义与对应错误码的通用类
3.3.29 错误码errorcode 在一个错误类中一个特定类型错误的标识
3.3.30 事件event 状态发生变化的实例
3.3.31 现场总线内存管理单元fiedbusmemorymanagementunit 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
3.3.32 现场总线内存管理单元实体fieldbusmeorymanagementunitentity 现场总线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
3.3.33 frame DLPDU的同义语
3.3.34 完整型从站fullslave 同时支持数据的物理寻址和逻辑寻址的从站设备
GB/T31230.6一2014 3.3.35 索引index 在应用进程中一个对象的地址
3.3.36 接口interface 由功能特性、信号特性或其他合适的特性划分的两个功能单元之间的共享边界 3.3.37 小端模式littleendian -种数据表示方法,对于大于8位的数,先发送低8位
3.3.38 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
3.3.39 映射mupping 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 3.3.40 映射参数mappingparameters 用于定义应用对象与过程数据对象之间通信的一组值 3.3.41 媒体medium 在两点或多点间传输通信信号的电缆、光纤或其他介质
3.3.42 报文message 用于传送信息的一系列有序的八位位组
注:通常用于在应用层对等实体之间传递信息 3.3.43 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 3.3.44 节点 n0de a 出现在一个本地链路上的单个DL实体; b 个网络的链路端点或两个及以上链路的交点[见IEC61158-2]
3.3.45 对象object 设备内某一特定组件的抽象描述 注;一个对象可以是 -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) 2)组态(行为的参数); 3)方法(用数据和组态可以做的事情); b 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
GB/I31230.6一2014 3.3.46 对象字典ojeetdietio onary 通过包含数据类型对象、通信对象和应用对象描述的索引和子索引寻址的数据结构
3.3.47 过程数据preessdata" 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 3.3.48 过程数据对象processdataobject 通过包含一个或多个过程数据实体的映射参数来描述的结构 3.3.49 生产者prdueer 向一个或多个消费者发送数据的节点或源
3.3.50 资源resouree 处理能力或信息容量
3.3.51 段 segment 现场总线被其特性阻抗终止的主干电缆段 3.3.52 服务器server 为另一个客户机)对象提供服务的对象
3.3.53 服务serice 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 3.3.54 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DL实体
3.3.55 子索引sub-index 在对象字典中的一个对象的子地址
3.3.56 同步管理器syncManager 控制单元的集合,用来协调对同时使用的对象的访问
3.3.57 同步管理器通道syneMaagerchannel 用来协调对同时使用的对象的访问的单个控制单元
3.3.58 交换机switeh 在IEEE802.1D中定义的MAC桥
3.4通用符号和缩写 AL.;应用层(作为前缀[Applicationlayer(asaprefix)] y(the localactiveinstance ALE;应用层实体(应用层的本地活动实例[ALentity oftheapplication
GB/T31230.6一2014 ayer)] AL;应用层(ALlayer oldata-unit APDU;应用层协议数据单元(ALprotoco ALM;应用层管理(AL-management) ALME;应用层管理实体(AL管理的本地活动实例[AL- Entity(thelocalactivein- -management stanceofAL -management. ALMS,应用层管理服务(ALmanagementservice) ALS:应用层服务(AL- -SerVice -service-data-unit) ALSDU;应用层服务数据单元(AL- DL;数据链路层(Data-link-layer) FIFO;先进先出(队列方式[Firstinfirstout(queuimgmethod] OS:开放系统互连Opensystemsinterconnection PhL;物理层(Phlayep) Qos,服务质量(Qualityofservice) 3.5附加的符号和缩略语 AsE;应用服务元素(Applicationserviceelement) AR,应用关系(Aylieatinm relationship) CAN;控制器局域网(ControlerAreaNetwork) CiA;自动化中的cAN(cANinautomation) CoE;基于EtherCAT服务的CAN应用协议(CANapplicationprotocoloverEtherCATservices) CSMA/CD;带冲突检测的载波监听多路访问(Carriersensemultipleaccesswithcollisiondetec tion DC;分布式时钟(Distributedclocks) DNs;域名服务器(IP网络中用于名称解析的服务器[Domainnamesystenm(serverfornameres olutioninIPnetworks)] EPROM电可擦可编程只读存储器(Electricalyerasableprogrammablereadonlymenmory) EoE;基于EtherCAT服务的以太网隧道(EthernettunneledoverEtherCATservices) ESC;EtherCAT从站控制器(EtherCATslavecontroller) FCS;帧校验序列(Framechecksequenee) FMMU;现场总线内存管理单元(Fieldbusmemorynmanagementunit FoE;基于EtherCAT服务的文件访问(FileaccesswithEtherCATservices) HDR;帧头(Header) ID;标识符(dentifer) ETF;因特网工程任务组(Internetengineeringtaskforce' IP:因特网协议(Internetprotocol) LAN;局域网(L.ocalareanetwork MAC;媒体访问控制(Mediumaccesscontrol) OD;对象字典(Objeetdietionary PD1:物理设备内部接口[允许DL
用户访问DL
服务的一组元素(Physiealdeviceinternal lowsaccesstoDLservicesfromtheAL刀 dfelementssthatalc interlaceaseto PDo;过程数据对象(Process dataobjeet) RAM随机存取存储器(Random accessmemory
GB/T31230.6一2014 Rx;接收(Receive SDO服务数据对象(Se objeet) erVicedata Sl,从站信息接口(Slaveinformationinterlace) SM;同步管理器(Synchronizationmanager SoE;基于EtherCAT服务的伺服驱动行规(ServodriveprofilewithEtherCATservices) SyneM同步管理器(Synchronizationmanager TCP传输控制协议(Tansmision.controlprotocol Tx;发送(Transmit UDP;用户数据包协议(Userdatagramprotocol VoE:行规特定服务(Profilespeeificservices wKC:工作计数器(workingcounter) 3.6约定 3.6.1一般概念 以下服务均已在GB/T31230.3中进行了详细说明
服务规范中对EtherCATDL
所提供的服务 进行了定义
这些服务到ISo/IEC8802-3的映射在本部分中描述
本部分采用GB/T17967中描述性约定
3.6.2保留位和保留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
在发送端,所有保留位或保留八位位组 都应设为0,并且不得在接收端进行测试,除非明确说明要求检查或被状态机检查
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,除非明确说明要求检查或由状态机检查
3.6.3特定字段八位位组的公共编码约定 APDU可包含载有原始和压缩信息的特定字段
这些字段应按图1所示的顺序编码
Isb msb 八位位组 位标识符 位 位 位2 位 位5 位6 位 图1特定字段的公共结构 位可以组合成位组
每一位或位组都应通过比特标识符寻址(如Bit0,Bit14)
八位位组内的 位置应依照上图
位或位组可以用别名标识,也可标注为保留
各个位的分组应无间隙升序
一组位 10o
GB/T31230.6一2014 的值可表示为二进制、十进制或十六进制
此值仅对该位组有效,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以二进制值的形式传输,这样,组中编号最高的比特代 表位组的MSB 示例1:特定字段八位位组的描述和关系 Bit0:Reserved Bit1一3Reason_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 Bit5 Bit4 1
0 Bit3 Bit2 Bit1 0 lsbBit0=0
此比特组表示八位位组的值为0xF4
3.6.4抽象语法约定 与PU结构相关的各AL语法元素在表1中由一个示例进行描述
部分Fra amepart)中的元素在规范中具体定义 数据字段(Datafield)是元素的名称 数据类型(DataType)指出终端符号的类型
值/描述(Value/Description)包含了常数值或参数的意义 表1DU元素的描述示例 部分 数据字段 数据类型 值/描述 CoEHeader Number 0x00 Unsigned9 Reserved 0x00 Unsigned3 x2.sSD0Rpes" Service Unsigned4 lox00:Data(1.4)大小未定义; SDO Sizelndieator Unsigned Dta大小在D 中定义 0x0l DataSetSize" TransferType Unsignedl loxo1:急送 I0x00;4个八位位组数据 lox01;3个八位位组数据; DataSetSize Unsigned2 2个八位位组数据; 0x02 lox03:1个八位位组数据 CompleteAccess Unsigned 0x00 CommandSpeeifier Unsigned3 Iox01:启动下载请求 在图2所示的列表中,由C语言符号(GB/T15272)描述信息的属性类型
BYTE和wORD是 edchar和ut t类型
unsignedshort unsigned 11
GB/I31230.6一2014 typedefstruct Unsigned8 "Type; Unsigned8 Revision; Unsiqned16 Build; Unsigned8 No0fSuppFmmuChannels; No0fSuppSyncManChannels; Unsianed8 RamSize Reservedl; Unsigned8 unsigned FmmuBitOperationNotSupp:1; 7 unsigned Reserved2: Reserved3 8 unsigned TDLINEORMATION 图2类型描述示例 对象的属性的描述如表2所示
子索引(Subindex)描述对象的单个元素
描述(Description)表示属性的名称字符串
数据类型(DataTpe)指出元素的类型
M/o/C表示该属性是强制性的(M),可选(O)或取决于其他属性(C)设置
访问类型显示对这个元素的访问权
R表示读访问,w表示写访问
可以延伸显示访问适用的 AL状态
PD0映射表示将该属性映射到TxPD0或RxPD0的可能性或表示该参数是不可映射的
值(Value)包含常数值量和/或参数的含义
表2属性描述实例 值 子索引 描述 数据类型 M/O/C访问 PDO映射 M R Numberofentries UNSIGNED8 No VendorID UNSIGNED32 M R NNo 由ETG惟一指定 M No 由制造商惟一指定 ProduetCode IUNNSIGNED32 由制造商惟一指定 Bit0一15设备的次版本 No M RevisionNumber UNSIGNED32 Bit1631:设备的主版本 3.6.5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在状态转换表中的名称相对应
状态转换表结构如下,也见表3
第一列包含转换的名称
在第二列定义当前状态
第三列包含一个可选事件,接着是以“/"开始的条件,最后是以“=>”作为起始的动作 最后一列包含下一个状态
如果事件发生并条件满足,转换激发,即执行动作,并进人下一个状态 12
GB/T31230.6一2014 状态机布局如表3所示
状态机的各个元素的含义如表4所示
表3状态机描述元素 事件 当前状态 /条件 下一个状态 动作 表4状态机元素的说明 描述元素 含义 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 Boolean表达式
“/”不是条件的一部分 /条件 >动作 任务,服务或函数调用的列表
“=>”不是动作的一部分 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 含义 左侧项的值被右侧项的值替换,如果右侧项的值是参数,来源于原语,可看作一个输人事件 如果a是一个字母,则表示参数的名称
例如,ldentifier axx reason 参数值被赋值给名称为ldentifier的参数 意思是 aSOn 表示固定的可见字符串 例如,Identifier xxx" "abc 意思是"abc"值被赋值给一个名称为ldentifier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数值常量 nnn 如果所有的元素nm都是数值,这个项表示以十六进制表示的一个数值常量 0xnn 指示左侧项等于右侧项的逻辑条件 指示左侧项小于右侧项的逻辑条件 指示左侧项大于右侧项的逻辑条件 指示左侧项不等于右侧项的逻辑条件 逻辑“与” 逻辑“或” 逻辑“非” 算数运算符 表达式的定界符 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-PDU定义相关的条
这里假设读者对于这些定 13
GB/I31230.6一2014 义都有足够的认识,使用时不需要任何额外的解释
以GB/T15272定义的其他结构可用来描述条件和动作 应用层协议规范 4.1工作原理 EtherCAT是一种旨在最大限度地利用全双工以太网带宽的实时以太网技术
媒体访问控制采用 主站/从站原则,主站节点(通常是控制系统)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IsoO) IEC8802-3以太网帧
但这种以太网设备并不局限于带有下游微处理器的单个以太网控制器,也可以 包含大量的EtherCAT从站设备
这些从站设备直接处理到来的以太网帧,从中读取数据和/或插人自 己的数据,并把帧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 以太网帧,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帧
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 工业通信系统必须满足不同要求的数据传输特性
参数数据以非周期方式被传输,且数量大,即时 间要求相对不是很重要,传输通常是由控制系统触发的
诊断数据也是以非周期方式传输,是由事件驱 动的,但是这个时间要求较高,其传输由外围设备触发 另一方面,过程数据通常是以不同的周期时间来循环传输的,过程数据通信对时间的要求最严格
EtherCAT支持多种服务和协议来满足这些不同的要求
4.2节点参考模型 4.2.1到Os基本参考模型的映射 EtherCAT的描述使用了GB/T9387Os基本参考模型的原理、方法和模型
OSI模型提供了一 种通信标准分层的方法,其中各层可以独立开发和修改
EtherCAT规范定义了完整的自顶向下的 OSI协议栈和一些栈用户的功能
OSI中间的36层功能被并人到了EtherCAT数据链路层或Eth- erCAT应用层
同样地,ElherCAT应用层提供了和现场总线应用层通用的用户特性,这简化了用户 操作,见图3 14
GB/T31230.6一2014 HTTP,FTP, 文件 应用 基于EtherCAT的CANopn应用协议 基于 对象字典 EherCAT 服务的 文件访问 SDo PpDo映射 同步管理 ALControl/ 邮箱 过程数据 器设置 ALSatus DL FMMUn Dl 从站 地址 信息 层管理 Dcontrol DLStatus EtherCAT 数据链路层 物理层 图3从站节点参考模型 4.2.2数据链路层特性 数据链路层为通过EtherCATDL.连接的设备之间的数据通讯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、生成帧校验序列,并通过从以太网倾中提取或插人数据来实现 通讯
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 置或过程数据部分使得应用层能够使用应用数据
另外,数据链路层还有一些协调主从站交互的数据结构,例如AL控制、状态和事件,及同步管理器 设定等 4.2.3应用层结构 应用层包含以下元素: -实时实体(必备的); -处理TCP/UDP/IP和相关协议的实体(可选的); 文件访问工具(可选的); 管理单元(必备的)
应用层使用由EtherCAT数据链路层提供的服务传递应用层服务数据
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GB/I31230.6一2014 FAL语法描述 5.1 编码原则 应用层使用在GB/T31230.5中定义的DL对象
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
数值以比特序列描述
比特序列以 八位位组为单位传输
数值的数据类型以小端模式编码,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1so/A1EC8802-3 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
5.2.2Boolean值的编码 a Boolean值的编码应是基本的
内容八位位组(ContentsOetets)由单个的八位位组所组成 b 如果Boolean值为FALSE,内容八位位组应为0
如果Boolean值为TRUE,内容八位位组应 为0xFF 5.2.3TimeorDay值(带日期/不带日期)的编码 a)TimeofDay值(带日期/不带日期)的编码是基本的
b)其内容八位位组应和数据值的八位位组的值相等,见图4
位 八位位组 0 27 2 2s 224 从00:00开 始的ms数 2" 2” 2z 22 29 2" 2 21 22is 2 2 2B 2 2I0 29 2" 2 2' 2 22 22 2 22s 21 212 2 210 从1984年1 21 29 28 月1日开始 2' 21 2" 22" 2? 2" 的日期计数， 只表示日期 msb 图4TimeorDay的编码 5.2.4TimeDifference值带日期/不带日期)的编码 TimeDifference(带日期/不带日期)的编码是基本的 a b其内容八位位组应和数据值的八位位组的值相等,见图5
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GB/T31230.6一2014 八位位组 2n 20 心 28 227 226 2筑 224 mS 2” 2? 2T 2m 21" 2" 2m 21 215 2l 213 2l2 2l 210 2 2" 2 2 2 2? 21 2" 25 21 213 212 2l 210 2n 28 天，只 示白期 2 2 2 22 2" 2" msb 图5IimeD)irlerenee的编码 5.2.5位序列的传输语法 为了传送一个位序列,要将其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=bb,-成为一个位序列
符号人是一个非负整数,使得8(k一1)< n<8k,那么b被转换为人个八位位组,如表6
最高编号的八位位组的位b，i>n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
因此传送位序列是依次穿过网络的(八位位组内的 传送顺序由ISo/IEC8802-3决定). b7，b6,b，b15 b8 b7，b" ba，b b 表6位序列的传输语法 八位位组编号 b7，bo b15,，b b8k一1b8k一8 示例 Bit9 Bito 10b 0001b 1100b 0x2 0xl 0xC =0x21C 位序列b一bb=01110l，表示一个值为0x21c的10位无符号数
它可以在2个八位位组里进行传输 首先传0xlC和然后0x02.
5.2.6UnsignedInteger值的编码 基本数据类型Unsignedn的值是非负整数,值的范围是0，，2"-
数据表示长度为n的位序 列
位序列 b b0.b 被赋值 "十十bx!十hX" Unsignedn(b=b,一1×2" 位序列从左边最低有效字节(八位位组)开始
示例:值266=0xl0A,数据类型是Unsignedl6,分成2个八位位组发送,第一个是0x0.A然后是0x01 17
GB/I31230.6一2014 Unsignedn数据类型的传送见表7
也使用Unsigned数据类型UnsignedUnsigned7以及Un- signed9~Unsignedl5
在这种情况下,下一个元素将从第一个自由位的位置开始,见3.6.3
表7Unsigned数据类型的传输语法 八位位组编号 Unsigned8 b7..bo Unsignedl6 b7.b0 b15..bg Unsigned32 ba.ba b1.b b7,,b0 b15.,bg Unsigned64 b.b bs.b bs.bes ba1.bd b9.b9 brb0 bs.b8 b3.b0 5.2.7Signedlnteger值的编码 基本数据类型ntegern的值是整数,值的范围是一2"-到2"" 数据表示长度为n的位序列
位序列 b=b.b 被赋值 ib,-1=0 ,X2"子十十h×2'十b×2" Integern(b=b一 并且,执行2的补码 Integern(b=一Integern(-b)一1 fb,-1=1 注意位序列从左边最低有效位开始
示例:值一266=0xFEF6的数据类型为Integerl6,分成2个八位位组发送,第一个是0xF6然后是0xFE
egern数据类型的传输见表8 ge数据类型negerl- lnteger7以及Integer9In Intes 也使用Intes teger15
在这种情况下,下一个元素将从第一个自由位的位置开始,见3.6.3 表8 ntegern数据类型的传送语法 八位位组编号 3. 6 Unsigned8 bb Unsignedl6 b.b bs.b Un Jnsigned32 b.b b5b ba.b ba1.b4 Unsigned64 b7..b b3..b6 ba..ba b..b3 b47..b4 b55..b8 b63..b bs.ba 5.2.8FloatingPoint值的编码 Float32;;=OcTETsTRINGS1ZE(4) GB/T17966单精度; 0cTETsTRINGs1ZE(8) GB/T17966双精度
Float64::= 5.2.9VisibleString值的编码 可变长度的Visiblesirmg值的编码应是基本的 a 该数据类型没有长度字段,也没有结束符,长度被隐式编码
b c 内容八位位组应是一个八位位组序列
最左边的字符串元素被编码在第一个八位位组里,接 下来的在第二个,以此类推直到最右边的一个字符串元素在最后一个八位位组里被编码
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GB/T31230.6一2014 5.2.10UnieodeString值的编码 a 可变长度的UnieodeString值的编码应是基本的
b 该数据类型没有长度字段,长度被隐式编码 e内容八位位组应是一个无符号整数序列
最左边的字符串元素的编码在第一个无符号整数里 进行,接下来的在第二个,以此类推直到最右边的一个字符串元素在最后一个无符号整数里被 编码
5.2.11OctetString值的编码 可变长度的oetetsirimg值的编码应是基本的
a b该数据类型没有长度字段,长度被隐式编码
内容八位位组应是一个八位位组序列
最左边的字符串元素的编码在第一个八位位组里进 c 行,接下来的在第二个,以此类推直到最右边的一个字符串元素在最后一个八位位组里被 编码
5.3AR编码 5.3.1AL控制请求(指示) 图6描述AL控制请求的属性类型
typedefstruct unsigned State: unsigned Acknowledge: 心 3 unsigned Reserved: unsigned ApplSpecific:8; TAONTROL 图6AL控制请求结构 AL控制ALControl)请求被映射到对DL-user控制寄存器对象和R2的DL写服务 GB/T31230.3中规定)
表9描述AL控制请求编码
表9AL控制描述 参数 DL.user寄存器 数据类型 值 Init; 2: Pre-Operational R1 Unsigned4 State 3Bootstrap; Safe-Operational (Operational 状态寄存器的参数Change不被改变; 0Al Acknowledge R1 Unsigned :AL状态寄存器的参数Change将被复位 应为0 Reserved R1 Unsigned3 Specifie R2 Unsigned8 Application 19
GB/I31230.6一2014 5.3.2AL控制ALComtrol)响应(证实) AL控制响应被映射到针对DL-user控制寄存器对象和寄存器R4、R5、R6的DL读服务 (GB/T31230.3中规定
图7描述AL控制响应的属性类型 typedefstruct State: unsigned 4; unsigned 1 Change: 3 Reserved1: unsigned unsiqned ApplSpecific: 8 Reserved2: 16; unsigned unsianed A1StatusCode 16 TAL.STAUSB; 图7AL控制响应结构 表10描述AL控制响应编码 表10AL控制响应 参数 DLuser 值 寄存器 数据类型 l:Init; 2？: Pre-Operational State R3 3Bootstrap; Unsigned4 SafeOperational Operationa 状态转换成功 0 Change R3 Unsigned 状态转换不成功 Reserved R3 Unsigned3 R4 ApplicationSpeeifie Unsigned8 R5 Reserved Unsigned16 R6 Unsigned16 见表11 IApplicationspeifie 表11AL状态编码 编鹤 措述 当前状态(或状态变化 结果状态 任意 0x0000 无错误 当前状态 0x0001 任意 任意十E 未规定的错误 0x0002 无内存 任意 任意十E 1->S,1->O,P->O 无效的请求状态改变 当前状态十E 0x001 B.s->B，P->B O 0x0012 未知的请求状态 任意 当前状态E 0x0013 引导不被支持 1十E 0x0014 无有效固件 I 20
GB/T31230.6一2014 表11(续 当前状态(或状态变化 结果状态 编码 描述 无效的邮箱配置 E 0x0015 十E )x0016 无效的邮箱配置 0x0017 无效的同步管理器配置 当前状态十E ox0018 无有效输人 S+E 0x0019 无有效输出 S S十E 0x001A 同步错误 S+E 同步管理器看门狗 ss+E 0x001B 无效的同步管理器类型 s+E 0xO001C )x001D S十E 无效的输出配置 ox001E 无效的输人配置 P+E ox001F 无效的看门狗配置 P十E ox0020 从站需要冷启动 任意 当前状态E P
S 0x0021 从站需要INIT 当前状态十E 0x0022 从站需要PRE(OP S十E，0十E 从站需要sAFEoP - 0x0023 0十 0x0024 十E 无效的输人映射 叫 0x0025 无效的输出映射 P十E 0x0026 设置不一致 P十E ox0027 不支持FreeRun P十！ P 0x0028 不支持SyncMode +E P+E 0x0029 FreeRun需要3个缓存区的模式 背景看门狗 P十E: 0x002A 0x002B S十E 无有效的输人和输出 ox002C S十E 致命的同步错误 ox002D 无同步错误 S十E ox0030 无效的DCSYNCH配置 P十E，S十E 0x0031 无效的C锁存配置 P+E,S十E PLL错误 0x0032 S+E c同步1I0错误 s+E 0x0033 S+E c同步超时错误 0x0034 0x0035 D(C无效同步周期时间 P+E 0x0036 DCSyncO周期时间 P十E 0x0037 DCSynel周期时间 PE P S 0x0041 MBX_AOE 当前状态十E B 21
GB/I31230.6一2014 表11(续 当前状态(或状态变化 结果状态 编码 描述 B P 0x0042 MBXE(OE 当前状态十E S B. P 0x0043 MBX_COE 当前状态E S， ox0044 MBXFOE P 当前状态十E B S 0x0045 MBX(OE 当前状态+E S ox004F MBX_VOE 当前状态十E 0x0050 EEPROM无访问 任意十E ox0051 任意 E EEPROM错误 任意 0x0060 从站本地重启 任意 othercodes<0x8000保留 ox8000 0xFFFF制造商特定 5.3.3AL状态改变(ALStateChanged) AL状态改变被映射到对AL.状态和AL.状态代码对象的DL读服务
图8描述AL状态改变的属 性类型
tpedefstruct State unsigned 4; unsigned 11 Change: 3 Reserved1: unsigned unsigned 8; ApplSpecific: Reserved2: 16; unsigned unsigned A1lStatusCode16 TAL.STATUSE; 图8AL状态变化结构 表12规定AL状态改变编码 表12AL状态改变 参数 DL-luser寄存器 数据类型 l;Init; 2:Pre-Operational R3 State Unsigned4 Bootstrap; Safe-(Operational 8: Operational R3 Change Unsigned 应为 Reserved R3 Unsigned3 ApplieationSpeeifie Unsigned8 R4 Reserved R5 Unsigned16 AL.StatusCode R6 Unsignedl6 见表11 22
工业以太网现场总线EtherCAT第6部分：应用层协议规范GB/T31230.6-2014
工业以太网作为一种高效、实时性强的通信协议，在现代工业中扮演着越来越重要的角色。而在众多工业以太网协议中，EtherCAT则是一种拥有独特优势的协议。 GB/T31230.6-2014《工业以太网现场总线EtherCAT 第6部分：应用层协议规范》是针对EtherCAT协议的应用层协议规范标准。该标准规定了EtherCAT协议在应用层上的通信协议和数据传输格式等内容，旨在提高EtherCAT在工业自动化领域的应用水平。 具体而言，GB/T31230.6-2014标准中对应用层协议规范进行了详细的说明。其中，规定了EtherCAT协议的应用层协议格式和协议规范，包括了数据交换对象、命令格式、响应格式以及各种控制字等内容。 此外，该标准还对EtherCAT协议中一些重要的概念和术语进行了解释，并且详细说明了在应用层协议中各个数据交换对象之间的关系和数据传输方式。 总之，GB/T31230.6-2014《工业以太网现场总线EtherCAT第6部分：应用层协议规范》是EtherCAT协议的重要组成部分，它为EtherCAT在工业自动化领域的广泛应用提供了有力的保障，并且也为相关领域的研究和开发提供了重要的参考依据。通过遵循该标准，可以有效地提高EtherCAT在工业自动化系统中的可靠性和实时性，进一步推动行业的发展和创新。
