EtherCAT 之邮箱

EtherCAT特点

由于工作需要， 最近在学习EtherCAT总线，对于主站和从站的通信，发表一下我个人的理解。

1. EtherCAT为保证低延迟高响应，不可能像MODBUS一样用软件解析数据包再转发的模式，而是采用“高速火车”不停车上下车的方式，不停车指的是底层转发完全靠硬件实现流处理，自动加载和提取数据，上层需配置相应的寄存器即可。

2. 通信兼容，最大化兼容以太网现有的设备，配置好上位机软件，可以直接使用电脑控制（需要一些实时性优化）。

从站协议状态机（硬件）

底层由硬件状态机处理，上层软件负责通信调度和管理。

 

                                                                                   硬件工作原理简图 

端口状态机PSM

用于处理MAC帧并将其以八位位组的长度送到上一层处理。

①信息以一个八位位组的序列传输，而不是直接传输整个帧

②自动模式下端口自动开闭，或者由指令关闭该回路。

DLPDU处理状态机 （DHSM）

DLPDU为数据链路层处理数据单元，是一种特定的实时EtherType或特定的UDP目的端口的以太网帧解释器。包含EtherCAT处理循环帧的检测和自动增量地址的处理，更新WKC和FCS检测等功能。当该“解释器”识别到与本地内存和寻址，将产生与更高一层状态机的交互。

同步信号管理器状态机（SYSM）

同步信号管理器用作邮箱和缓存存储器的存储区域。邮箱服务将被转发到一个邮箱处理重试的状态机（PMSM）,一般EtherCAT从机有四个同步管理器，每个同步管理器都对应一个SYSM。如果有一个特殊的内存地址对应到一个SYSM，则将有一个对应存储区域或者寄存器的请求。

恢复邮箱状态机（RMSM）

RNSM负责在操作读邮箱过程中进行重试操作和检查写邮箱指令的序列号。

从站信息访问状态机（SIISM）

负责读写和更新特定的从站寄存器接口。

邮箱介绍

                                                                      EtherCAT数据流

邮箱位于同步管理器之上（SYSM）, 对大多数从机应用的核心是邮箱的数据和过程的处理，一般使用邮箱封装CiA301协议（对象字典,CoE）的方式实现。以下为主站从站邮箱通信的说明。

邮箱是双向工作的：由主站到从站，及由从站到主站，它支持两个方向以上独立全双工通信和多数据链路用户协议。从站从站间的通信通过类似路由器的主站进行管理。邮箱首部包含了一个允许主站进行重定向服务的地址字段(上图Address)。
邮箱使用了两个同步管理器通道(SM)，每个方向一个通道（如通道0用于主机发送到从站，通道1位从站到主站）。邮箱的通信一般是非周期性的，并对单个从站进行寻址。因此不需要FMMU（现场总线内存管理单元）的逻辑地址，而是使用物理寻址。

邮箱主站与从站的通信过程中，主站必须检查从站邮箱应答命令中的工作计数器，如果工作计数器没有增加（通常因为从站没有完全读取上一条命令）或在规定时间内没有响应，主站必须重发该邮箱命令。

重发命令后，如果命令响应丢失（主站没有收到应答），主站发送写SM_activate命令(反转repeat)后，不再读取邮箱。从站检查SM_activate检测出邮箱重复请求，将psRepeatMbx（上次发送的备份）缓存再次放入邮箱，并反转SM_read_toggle。 此时主站周期性的读取SM DL_user的CTRL,检查从站是否结束请求，当检查的到SM DL_user的CTRL反转时，主站再次读取发送邮箱。

从站到主站的通信，主站必须确定从站是否使用邮箱命令填满了同步管理器（从站预存数据），并尽快发送适当的读命令。从站接收到邮箱读事件，需保存发送缓冲器以用于可能的重复 （psRepeatMbx = psReadMbx）。