EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一種基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)，主要用于需要高速、實時通信的工業(yè)自動化領(lǐng)域，例如：機(jī)器人控制系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、測試測量設(shè)備和汽車產(chǎn)線等。EtherCAT由Beckhoff Automation公司開發(fā)并成為IEC 61158標(biāo)準(zhǔn)，目前由EtherCAT技術(shù)協(xié)會（ETG）推廣。ETG現(xiàn)在擁有數(shù)千家的公司成員，這些公司成員提供EtherCAT主節(jié)點實現(xiàn)、EtherCAT從節(jié)點以及開發(fā)工具。

EtherCAT具有傳輸速率高以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計靈活的特點，并且具備極高的實時性，可實現(xiàn)主節(jié)點與從節(jié)點之間的精確同步。在汽車測試中，EtherCAT常被用于臺架控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、電機(jī)控制以及IO組件控制等應(yīng)用。在使用CANoe進(jìn)行仿真測試時，通過CANoe.For EtherCAT中的相關(guān)功能可以輕松地將第三方設(shè)備集成到測試系統(tǒng)中。

EtherCAT工作方式

EtherCAT主節(jié)點發(fā)送一個幀信息，該信息會依次經(jīng)過每個從節(jié)點。信息經(jīng)過從節(jié)點時，從節(jié)點無需將整包數(shù)據(jù)解碼，而是直接讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)提取與自己相關(guān)的信息，并在傳給下一個從節(jié)點時插入需要輸出的數(shù)據(jù)。整個過程僅會產(chǎn)生幾納秒的延遲。當(dāng)報文到達(dá)最后一個從節(jié)點檢測到開放端口時，以全雙工方式返回主節(jié)點。

由于發(fā)送和接收的以太網(wǎng)幀中壓縮了大量的設(shè)備數(shù)據(jù)，所以有效數(shù)據(jù)率可達(dá)90%以上。借助100 Mb/s TX的全雙工特性，EtherCAT的有效數(shù)據(jù)率甚至可以超過100 Mb/s。

EtherCAT主節(jié)點是單個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)唯一允許主動發(fā)送EtherCAT報文的節(jié)點，其他所有從節(jié)點僅將報文向下游轉(zhuǎn)發(fā)。這種機(jī)制可以防止不可預(yù)測的延遲，確保系統(tǒng)的實時性。EtherCAT可以實現(xiàn)廣播、多播和點對點多種通訊方式。

EtherCAT主節(jié)點使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制器（MAC），無需額外的通信處理器。因此EtherCAT可以輕松部署在任何具有以太網(wǎng)端口的硬件平臺上。

CANoe中的EtherCAT應(yīng)用

CANoe.For EtherCAT支持仿真EtherCAT主節(jié)點，以及將EtherCAT從節(jié)點集成到CANoe中。CANoe提供專門的EtherCAT配置頁面，在完成配置后會自動生成對應(yīng)的系統(tǒng)變量，用戶通過讀寫這些系統(tǒng)變量就可以訪問從節(jié)點。CANoe的分析窗口、面板和測試腳本都可以用于EtherCAT的仿真、測試、記錄和分析。在運行過程中，用戶可以通過EtherCAT診斷窗口直接訪問從節(jié)點，便于在通信出現(xiàn)問題時進(jìn)行故障排查。

CANoe最多可以仿真兩個EtherCAT主節(jié)點，從而在兩個獨立的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中控制從節(jié)點模塊。由于CANoe還支持多種其他總線通信，因此也可作為EtherCAT網(wǎng)關(guān)使用。目前CANoe無法直接仿真從節(jié)點并將其集成到其他EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中。如果想實現(xiàn)CANoe與其他EtherCAT主節(jié)點進(jìn)行通信，需額外使用EtherCAT橋接終端設(shè)備（如Beckhoff EL6695），即可與外部主節(jié)點進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。

CANoe中的配置

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使用EtherCAT功能首先需要安裝EtherCAT驅(qū)動（驅(qū)動在CANoe安裝目錄\Installer Additional Components\EtherCAT\Driver下），目前僅支持特定的網(wǎng)絡(luò)適配器（可用的網(wǎng)絡(luò)適配器芯片參考鏈接CANoe.For EtherCAT）。然后將EtherCAT從節(jié)點通過網(wǎng)線連接到該網(wǎng)絡(luò)適配器。

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在Hardware->For EtherCAT->MainDevice菜單打開“Configurator for EtherCAT”：

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在配置工具中打開File->ESI Manager，并添加ESI/ENI文件（如果ESI Files列表中已經(jīng)包含要使用的EtherCAT從節(jié)點的配置信息，則無需添加）。該文件包含EtherCAT從節(jié)點的初始化和配置信息，是CANoe與EtherCAT從節(jié)點通信的必要文件，通常由設(shè)備生產(chǎn)廠商提供。

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掃描連接的從節(jié)點，如果通信正常則會自動生成從節(jié)點列表。

配置完成后，CANoe會自動生成相關(guān)系統(tǒng)變量。在從節(jié)點下的系統(tǒng)變量中，命名空間Out對應(yīng)CANoe可以給從節(jié)點發(fā)送的信號，可以修改其數(shù)值；命名空間Task對應(yīng)從節(jié)點發(fā)送給CANoe的信號，可以在Trace、Graphic等窗口觀測。

EtherCAT故障診斷

CANoe提供EtherCAT診斷窗口，通過該窗口可以實現(xiàn)故障排查、參數(shù)修改、文件傳輸?shù)榷喾N功能。

在該窗口中可以查看與從節(jié)點的連接狀態(tài)，切換從節(jié)點的狀態(tài)機(jī)以及檢查軟硬件的故障狀態(tài)。在診斷對話框中會顯示運行信息。當(dāng)單個從節(jié)點失效或電纜連接有缺陷等導(dǎo)致EtherCAT通信出現(xiàn)問題時，可以快速定位和排除快速故障。

總結(jié)

以上是CANoe對EtherCAT的支持，可以方便地將EtherCAT設(shè)備集成到CANoe測試平臺中，不僅拓展了CANoe自動控制第三方設(shè)備的能力，在測試過程中還可以確保通信總線、VT System與EtherCAT設(shè)備具有統(tǒng)一的時間戳，提高了測試系統(tǒng)的集成度以及控制的便捷性。