EtherCAT Slave

Źródło: https://www.ethercat.org/download/documents/ETG2200\_V3i0i4\_G\_R\_SlaveImplementationGuide.pdf

Zasadniczo urządzenie podrzędne zawiera trzy główne elementy:

* Warstwa fizyczna: Interfejs sieciowy
* Warstwa łącza danych: EtherCAT Slave Controller i EEPROM
* Warstwa aplikacji: Host Controller

### Standardowe składniki warstwy fizycznej Ethernet (interfejs sieciowy)

nterfejs sieciowy zawiera komponenty warstwy fizycznej do przetwarzania sygnałów magistrali fieldbus. Przekazuje dane sieciowe do sterownika podrzędnego (ESC) i stosuje sygnały z ESC do sieci. Warstwa fizyczna jest oparta na standardach określonych przez standard Ethernet (IEEE 802.3).

### EtherCAT Slave Controller (ESC) and Process Data Interface (PDI)

ESC jest chipem do komunikacji EtherCAT. ESC obsługuje protokół EtherCAT w czasie rzeczywistym, przetwarzając ramki EtherCAT w locie i dostarczając interfejs do wymiany danych między Master EtherCAT a lokalnym sterownikiem aplikacji slave poprzez rejestry i DPRAM.

ESC może być zaimplementowany jako FPGA (Field Programmable Gate Array) lub ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Wydajność komunikacji EtherCAT nie zależy od implementacji oprogramowania aplikacji w kontrolerze hosta. Z kolei wydajność aplikacji w kontrolerze hosta nie zależy od prędkości komunikacji EtherCAT.

PDI czyli komunikacja MCU-ESC może być realizowane na następujące sposoby:

* Do 32 cyfrowych I/O
* SPI
* 8/16 bit synchroniczne/asynchronicany interfejs mikrokontrolera MCI
* FPGA

Dane procesowe i parametry są wymieniane za pośrednictwem DPRAM w ESC. Aby zapewnić spójność danych, sprzęt ESC zapewnia odpowiednie mechanizmy.

W przypadku implementacji FPGA ESC jest realizowany jako rdzeń IP, aby umożliwić komunikację EtherCAT i funkcje specyficzne dla aplikacji. Funkcjonalność urządzenia EtherCAT jest konfigurowalna w odniesieniu do funkcji EtherCAT, takich jak liczba FMMU i SyncManagers, obsługa DC, PDI

Implementacje FPGA są dostępne na dwa sposoby. Jednym ze sposobów jest zintegrowanie ESC i miękkiego rdzenia µC w FPGA. Jako PDI używana jest magistrala pokładowa FPGA. Inną opcją jest wykorzystanie FPGA wyłącznie do funkcji ESC i podłączenie zewnętrznego µC przez µC / SPI.

#### EEPROM (dane konfiguracyjne ESC i dane specyficzne dla aplikacji).

EEPROM (elektrycznie wymazywalna programowalna pamięć tylko do odczytu, zwana także Slave Information Interface, SII) zawiera informacje o konfiguracji sprzętu dla ESC, który jest ładowany do rejestrów ESC podczas uruchamiania. Rejestry ESC są wtedy np. skonfigurowany dla PDI, aby uzyskać dostęp do DPRAM z lokalnego µC.

EEPROM można zapisać za pomocą narzędzia konfiguracyjnego (za pośrednictwem EtherCAT) na podstawie pliku ESI. ΜC może również uzyskać dostęp do EEPROM, jeśli prawa dostępu są przypisane. Jednak EEPROM jest zawsze dostępny za pośrednictwem ESC, który z kolei łączy się z nim poprzez magistralę danych między układami scalonymi (I2C).

### Kontroler hosta warstwy aplikacji (µC)

Usługi warstwy aplikacji, tj. Oprogramowanie komunikacyjne i oprogramowanie specyficzne dla urządzenia, mogą być implementowane w lokalnym µC. Kontroler ten obsługuje następujące elementy:

* EtherCAT State Machine (ESM) w urządzeniu slave
* Wymiana danych procesowych z aplikacją slave
* Protokoły oparte na skrzynce pocztowej do acyklicznej wymiany danych (CoE, EoE, FoE)
* Opcjonalny stos TCP / IP, jeśli urządzenie obsługuje EoE

Wydajność µC zależy wyłącznie od aplikacji urządzenia, a nie od komunikacji EtherCAT. W wielu przypadkach wystarcza 8-bitowy µC / PIC.

### EtherCAT Slave Information File (ESI)

Każde urządzenie EtherCAT musi być dostarczane z plikiem informacji EtherCAT Slave (ESI), dokumentem opisu urządzenia w formacie XML. Informacje na temat funkcjonalności urządzenia i ustawień są dostarczane przez ESI. Pliki ESI są używane przez narzędzie konfiguracyjne do kompilowania informacji o sieci (ENI) w trybie offline (np. Struktury danych procesowych, komendy inicjalizacji).

### EtherCAT Slave Design

Funkcje EtherCAT należy wybierać zgodnie z wymaganiami urządzenia. Dlatego też, aby opracować urządzenie slave EtherCAT, deweloper powinien być świadomy wymagań urządzenia, aby zdecydować, która cecha ma być wybrana dla każdej funkcji EtherCAT.

Poniżej przedstawiono przegląd kryteriów projektowych, z których ESC jest najważniejszą cechą EtherCAT. Konfiguracja tych kryteriów jest ostatecznie przechowywana w pliku ESI i EEPROM.