首先工業(yè)通信的要求是：

低延時(shí)

高響應(yīng)

高可靠

例如：如果通過(guò)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)協(xié)議要做實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控(1ms)， 主站發(fā)出的數(shù)據(jù)會(huì)被路由到每一個(gè)子站，子站再發(fā)數(shù)據(jù)回給主站。無(wú)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(kāi)車(chē)去上班，每個(gè)數(shù)據(jù)幀就是一輛車(chē)，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(chē)。

而工業(yè)通信還有一個(gè)特點(diǎn)，就是本身數(shù)據(jù)量不大(不是視頻或下載)，大部分都是開(kāi)關(guān)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(gè)人上班都是要單獨(dú)開(kāi)一輛車(chē)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(qián)(整個(gè)網(wǎng)絡(luò)硬件升級(jí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)速度遵循木桶原則)

而是EtherCAT就是火車(chē)

像火車(chē)一樣的EtherCAT

EtherCAT是一個(gè)開(kāi)放架構(gòu)，以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其名稱的CAT為控制自動(dòng)化技術(shù)(Control Automation Technology)字首的縮寫(xiě)。EtherCAT是確定性的工業(yè)以太網(wǎng)，最早是由德國(guó)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(gè)網(wǎng)絡(luò)可能只有一個(gè)數(shù)據(jù)幀依次將通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)(像火車(chē)一樣)。

主站是唯一允許發(fā)送幀的節(jié)點(diǎn)，子站只能轉(zhuǎn)發(fā)幀。數(shù)據(jù)幀就像火車(chē)一樣，從主站開(kāi)出，途經(jīng)各個(gè)子站，把對(duì)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(shí)時(shí)操作并避免延遲。

EtherCAT數(shù)據(jù)幀像地鐵一樣

EtherCAT網(wǎng)絡(luò)不需要交換機(jī)。每個(gè)EtherCAT設(shè)備通常有兩個(gè)以太網(wǎng)端口，第一個(gè)端口是接收端口，另一個(gè)是發(fā)送端口，發(fā)送給另一個(gè)設(shè)備。

實(shí)時(shí)性是EtherCAT的主要優(yōu)勢(shì)，使得EtherCAT可以成為高性能的分散式I/O系統(tǒng)：包含一千個(gè)分散式數(shù)位輸入/輸出的程序資料交換只需30us，相當(dāng)于在100Mbit/s的以太網(wǎng)傳輸125個(gè)字節(jié)的資料。讀寫(xiě)一百個(gè)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(nèi)存存取影響主站個(gè)人電腦的運(yùn)作。

雖然子站設(shè)備添加數(shù)據(jù)過(guò)程到數(shù)據(jù)幀過(guò)程中仍有一點(diǎn)延遲，但EtherCAT的單一數(shù)據(jù)流大大提高了帶寬利用率。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也可能是一個(gè)缺點(diǎn)。因?yàn)樵S多子站設(shè)備可能無(wú)法適應(yīng)這種高速，使得EtherCAT網(wǎng)絡(luò)可能需要放慢速度以適應(yīng)這些設(shè)備。

EtherCAT還使用分布式時(shí)鐘系統(tǒng)。當(dāng)EtherCAT的數(shù)據(jù)幀通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)向其數(shù)據(jù)添加“已接收消息”時(shí)間戳。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在收到消息時(shí)添加時(shí)間戳，然后在返回主站的路上，當(dāng)數(shù)據(jù)幀移回節(jié)點(diǎn)時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)再次附加一個(gè)時(shí)間戳。

然后，主節(jié)點(diǎn)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有準(zhǔn)確的計(jì)算，因?yàn)闀r(shí)間戳數(shù)據(jù)是在每次數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)計(jì)算的。

借助EtherCAT固有環(huán)形拓?fù)?，由于分布式時(shí)鐘機(jī)制確保了每次準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸，這是EtherCAT的優(yōu)勢(shì)之一。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男问?。許多不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢栽贓therCAT網(wǎng)絡(luò)中使用。因?yàn)樗褂靡匀p工(雙向軌道)，當(dāng)檢測(cè)到端頭時(shí)，數(shù)據(jù)幀將自動(dòng)從子站返主站。這使得EtherCAT的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很靈活。

考慮到EtherCAT所固有環(huán)技術(shù)，在環(huán)形拓?fù)渲羞B接的網(wǎng)絡(luò)將形成冗余結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗旧砭褪且粋€(gè)環(huán)形。

EtherCAT與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相比具有很大的優(yōu)勢(shì)：響應(yīng)時(shí)間快，每臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)要求最低，和低實(shí)施成本。

通過(guò)上面的介紹是不是感覺(jué)到EtherCAT設(shè)計(jì)的很巧妙，因?yàn)樗娴木拖窕疖?chē)一樣。