李 享，何 方，韩文泽

(1.中国科学院大学，北京 100049；2.中国科学院 沈阳计算技术研究所 高档数控国家工程研究中心，沈阳 110171；3.沈阳高精数控智能技术股份有限公司，沈阳 110171)

0 引言

随着工业控制领域对速度、实时性等要求的逐渐提高，传统的现场总线已经难以满足需求，多种实时工业以太网现场总线已经投入使用并得到了日益的重视。其中由德国Beckhoff自动化公司提出的EtherCAT技术，完全符合以太网标准，支持多种拓扑结构，高速、高效率、实时性好，较其他的实时工业以太网现场总线协议有明显的优势，已被广泛应用于工业控制领域。

EtherCAT利用分布时钟机制，在实时性方面具有明显的优势[1-3]。目前很多同步方案中主站选用了实时操作系统，由于主站延时函数误差较大，产生了较严重的丢包现象[4]。本文重点研究了分布时钟技术中嵌入式主站的实现方案，优点在于主站实时性能好、精度高，同时该方案可以直接插入初始化流程中，不影响原有的主站软件。

1 EtherCAT技术原理

EtherCAT数据帧通过特殊的帧类型0x88A4，直接使用以太网数据帧传输，充分利用了以太网的全双工特性[1]。单个以太网帧最多可以进行1486字节的过程数据交换，耗时仅为300μs，100个伺服轴的通讯也仅需100μs，分布时钟技术使得轴的同步偏差小于1μs[2]。如图1所示，在逻辑上，EtherCAT网段内所有从站设备构成一个开口的环形总线[1,5]。主站可直接发送以太网数据帧，并在另一端接收处理后的数据帧。

图1 EtherCAT运行原理

这样设计的好处在于，主站可以轻易地获取从站拓扑结构，精确地测量各从站的传输延时等信息。……