首先工業(yè)通信的要求是：

低延時

高響應

高可靠

例如：如果通過傳統(tǒng)的以太網(wǎng)協(xié)議要做實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控(1ms)， 主站發(fā)出的數(shù)據(jù)會被路由到每一個子站，子站再發(fā)數(shù)據(jù)回給主站。無論是子站還是主站都在不停的發(fā)數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)。

就好像大家都開車去上班，每個數(shù)據(jù)幀就是一輛車，再保證不出事故的前提下，只有更寬的路才能保證不遲到，不堵車。

而工業(yè)通信還有一個特點，就是本身數(shù)據(jù)量不大(不是視頻或下載)，大部分都是開關量和模擬量。如果用以太網(wǎng)，則都要根據(jù)OSI模型一層一層加協(xié)議。就好比每個人上班都是要單獨開一輛車一樣。

所以想解決不遲到，只有兩種方法：

修更寬的路(增加帶寬)

大家都做公共交通(改變協(xié)議)

修更寬的路需要花更多的錢(整個網(wǎng)絡硬件升級，整個網(wǎng)絡速度遵循木桶原則)

而是EtherCAT就是火車

像火車一樣的EtherCAT

EtherCAT是一個開放架構，以以太網(wǎng)為基礎的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其名稱的CAT為控制自動化技術(Control Automation Technology)字首的縮寫。EtherCAT是確定性的工業(yè)以太網(wǎng)，最早是由德國的Beckhoff(倍福)公司研發(fā)。

EtherCAT使用相同的物理和數(shù)據(jù)鏈路層。EtherCAT中，主站發(fā)送數(shù)據(jù)，整個網(wǎng)絡可能只有一個數(shù)據(jù)幀依次將通過每個節(jié)點(像火車一樣)。

主站是唯一允許發(fā)送幀的節(jié)點，子站只能轉發(fā)幀。數(shù)據(jù)幀就像火車一樣，從主站開出，途經(jīng)各個子站，把對于子站的數(shù)據(jù)放下或者帶上，最后回到主站。

這種方法有助于確保實時操作并避免延遲。

EtherCAT數(shù)據(jù)幀像地鐵一樣

EtherCAT網(wǎng)絡不需要交換機。每個EtherCAT設備通常有兩個以太網(wǎng)端口，第一個端口是接收端口，另一個是發(fā)送端口，發(fā)送給另一個設備。

實時性是EtherCAT的主要優(yōu)勢，使得EtherCAT可以成為高性能的分散式I/O系統(tǒng)：包含一千個分散式數(shù)位輸入/輸出的程序資料交換只需30us，相當于在100Mbit/s的以太網(wǎng)傳輸125個字節(jié)的資料。讀寫一百個伺服軸的系統(tǒng)可以以10 kHz的速率更新，一般的更新速率約為1–30 kHz，但也可以使用較低的更新速率，以避免太頻繁的直接內存存取影響主站個人電腦的運作。

雖然子站設備添加數(shù)據(jù)過程到數(shù)據(jù)幀過程中仍有一點延遲，但EtherCAT的單一數(shù)據(jù)流大大提高了帶寬利用率。這個優(yōu)點也可能是一個缺點。因為許多子站設備可能無法適應這種高速，使得EtherCAT網(wǎng)絡可能需要放慢速度以適應這些設備。

EtherCAT還使用分布式時鐘系統(tǒng)。當EtherCAT的數(shù)據(jù)幀通過每個節(jié)點時，節(jié)點向其數(shù)據(jù)添加“已接收消息”時間戳。每個節(jié)點在收到消息時添加時間戳，然后在返回主站的路上，當數(shù)據(jù)幀移回節(jié)點時，每個節(jié)點再次附加一個時間戳。

然后，主節(jié)點對每個節(jié)點都有準確的計算，因為時間戳數(shù)據(jù)是在每次數(shù)據(jù)幀傳輸時計算的。

借助EtherCAT固有環(huán)形拓撲，由于分布式時鐘機制確保了每次準確的數(shù)據(jù)傳輸，這是EtherCAT的優(yōu)勢之一。

另一個優(yōu)點是網(wǎng)絡拓撲的形式。許多不同的網(wǎng)絡拓撲可以在EtherCAT網(wǎng)絡中使用。因為它使用以全雙工(雙向軌道)，當檢測到端頭時，數(shù)據(jù)幀將自動從子站返主站。這使得EtherCAT的網(wǎng)絡拓撲結構很靈活。

考慮到EtherCAT所固有環(huán)技術，在環(huán)形拓撲中連接的網(wǎng)絡將形成冗余結構。因為它本身就是一個環(huán)形。

EtherCAT與標準以太網(wǎng)相比具有很大的優(yōu)勢：響應時間快，每臺設備的數(shù)據(jù)要求最低，和低實施成本。

通過上面的介紹是不是感覺到EtherCAT設計的很巧妙，因為它真的就像火車一樣。