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1功能概述
1.1什么是EtherCAT
实现实时控制的基于Ethernet的开放式网络。具有同时实现超高速和同步控制的动作原理核结构，采用考虑了接线效率的总线拓扑，解决了过多使用集线器，开关的复杂接线形态这一Ethernet课题。最适合用作FA现场的包括运动控制在内的设备控制用网络。
EtherCAT® 是注册商标和专利技术，由德国倍福自动化有限公司授权。
1.2EtherCAT的作用
EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取相应的编址数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。
EtherCAT使用了标准的以太网技术，支持几乎所有的拓扑类型，包括线型、树型、星型等，其在物理层可使用100BASE—TX双绞线、100BASE—FX光纤或者LVDS(Low Volt—ageDifferentialSignaling，即低压差分信号传输)，还可以通过交换机或介质转换器实现不同以太网布线的结合。
借助于从站中的EtherCAT专用芯片和主站中读取网卡数据的DMA技术，整个协议处理过程都在硬件中进行。EtherCAT系统可以在30µs内刷新1000个I／O点，它可以在300µs内交换一帧多达1486个字节的协议数据，这几乎相当于12000个数字量输入或输出。控制100个输入输出数据均为8字节的伺服轴只需要100µs。在此期间，系统更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使周到同步偏差小于1µs。
1.3适用对象
(1) 不想自己研发总线，但是迫切需要总线控制器的企业
(2) 具备脉冲运控卡研发能能力，需要升级到总线控制器的企业
(3) 不想依靠PC，只需要MCU就可以控制总线伺服和IO的企业
1.4性能指标
下面中列出了整套运控方案的性能指标
最多支持轴数32
最多支持IO数512进512出
支持的算法直线插补、圆弧插补、螺纹插补、空间圆弧、速度前瞻
支持的运动类型POINT、GEAR、JOG、PT、FOLLOW
支持的通信协议EtherCAT
EtherCAT网络信息（ENI）配置解析支持
CANopen over EtherCAT（COE）协议支持SDO上传和下载
运行模式DC（周期性同步模式）
从站故障定位支持
远程升级支持
指令周期125us、250us、500us、1000us
同步抖动偏差伺服侧测试±75ns
通信接口PCIE GEN1 X1
紧急停止输入1个(带隔离）
2系统架构
由于市场需求多样，本公司根据运控算法实现的位置，分成以下几种实现方案。
2.1EtherCat芯片
EtherCat芯片，由FPGA芯片实现，该芯片的型号是XXXXX，目前公司仅支持该款型号，其他型号暂不支持。FPGA实现的EtherCAT协议栈，负责处理所有EtherCat协议相关的数据。并保证极高的时间同步精准性。同步抖动控制在±75ns以内。可以同时接入多达32轴伺服和1024点的IO设备。可以支持不同品牌伺服和不同品牌
2.2运控算法芯片
动控算法芯片，由DSP芯片实现，该芯片的型号是XXXX。目前仅支持该款型号，其他型号暂不支持。DSP实现各种运动控制的算法，我们的运控算法经过多年的摸索验证和优化，配合我们的FPGA协议栈能最大程度的保证执行机构的精准性和实时性。
运控算法在DSP中实现，PC实现规划。我们提供API函数库（C++/C#）。支持任意两轴直线、圆弧插补、支持任意3轴4轴直线插补，空间螺旋线插补。可同时建立两个插补坐标系，具有前瞻预处理算法，反向间隙补偿，螺距误差补偿。具体算法API函数库请看附录一。
2.3程序存储芯片
FLASH，保存了EtherCat芯片的程序
2.4网络芯片
PHY，实现以太网PHY层的功能
2.5PC+ECAT(FPGA)+DSP完整方案（方案一）
2.5.1DEMO板展示
2.5.2架构和功能
这是一套完整的运控方案。该方案硬件由PC和运控卡组成，其中运控卡又包括了EtherCat芯片、运控算法芯片、FLASH和网络芯片组成。
PC负责运行上位机程序。该程序由客户定制，本公司提供丰富的API函数库，并且该函数库与主流运用程序一致，有经验的工程师可以迅速、无缝地使用本公司的API函数库。提供的开发库支持C++，C#,QT。API函数库的说明见附录一。
上位机通过PCIE接口，与运控卡的EtherCat芯片通信。
EtherCat芯片，由FPGA芯片实现，该芯片的型号是XXXXX，目前公司仅支持该款型号，其他型号暂不支持。FPGA实现的EtherCAT协议栈，负责处理所有EtherCat协议相关的数据。并保证极高的时间同步精准性。同步抖动控制在±75ns以内。可以同时接入多达32轴伺服和1024点的IO设备。可以支持不同品牌伺服和不同品牌
2.5.3适合客户
不想自己开发总线运控卡的客户。客户可以直接购买一整套方案包括软件和硬件，硬件稍作修改加上自己的logo就可以变为自己的产品。精力只花在熟悉的工艺优化和流程优化上面，配合API库快速的把工艺流程移植到总线控制器上，加快产品上市。
2.5.4配置资料
1.参考原理图（PDF格式，无版权不提供工程文件）
2.参考PCB工程文件（AD16）
3.BOM文件
4.SPARTAN6 设计资料包
5.签名的PCIE驱动（windows XP SP3，windows7 32位/64位，windows10 64位）
6.(6）API函数库（C++、C#、QT）
2.5.5费用
FPGA固件：1-10片399 11-20片299 21片以上:100
DSP固件：1-10片399 11-20片299 21片以上:100
注：FPGA和DSP固件必须先制板才能生成对应加密固件。
2.6PC+ECAT(FPGA)方案（方案二）
2.6.1架构和功能
FPGA实现的EtherCAT协议栈，所有和协议相关的数据均在这里进行分析处理。并保证极高的时间同步精准性。同步抖动控制在±75ns以内。可以同时接入多达32轴伺服和1024点的IO设备。可以支持不同品牌伺服和不同品牌。
我们根据客户需求编写对应的API通信函数和重新对FPGA通信接口做调整。客户自己在PC上编写运动控制算法，然后调用API通信实现PC和FPGA之间的交互。提供的开发库支持C++，C#,QT。API通信函数库。
2.6.2适合客户
我们提供的DSP算法库满足不了客户的设计需求，或者客户有自己成熟的算法，但是需要一个总线通信转接板来实现PC到总线的数据交互。
2.6.3配置资料
1.参考原理图（PDF格式，无版权不提供工程文件）
2.参考PCB工程文件（AD16）
3.BOM文件
4.SPARTAN6 设计资料包
5.签名的PCIE驱动（windows XP SP3，windows7 32位/64位，windows10 64位）
6.(6）符合客户需求的API通信接口函数（C++、C#、QT）
2.7MCU+EtherCat+FLASH方案（方案三）
2.7.1架构和功能
FPGA实现的EtherCAT协议栈，所有和协议相关的数据均在这里进行分析处理。并保证极高的时间同步精准性。同步抖动控制在±75ns以内。可以同时接入多达32轴伺服和1024点的IO设备（实际接入数和MCU处理的性能相关）。可以接入一种型号的伺服，伺服运行模式仅为CSP，以及在附录2中选择一款IO接入。FPGA可以适配MCU的接口为FSMC/GPCM/EMIF。数据线16bit，地址线不少于16bit，中断接口2个。
MCU是客户自己的处理器，客户自己基于MCU实现各种运控算法，通过并行总线接口与FPGA进行交互。
2.7.2适合客户
小型的控制场合，为了节约成本不需要使用单片机或者其他嵌入式处理器来代替PC做运动控制。或者为了缩小设备尺寸。
2.7.3配套资料
1.参考原理图（PDF格式，无版权不提供工程文件）
2.参考PCB工程文件（AD16）
3.BOM文件
4.FPGA寄存器说明文档(需要商讨确定)
3并口接口说明
MCU+EtherCat+FLASH方案采用并口通信，FPGA支持的并口通信接口类型为一下三种：
（1）ARM的GPMC并口
（2）DSP的EMIF并口
（3）STM32的FSMC并口。
运控算法
运控算法在DSP中实现，PC实现规划。我们提供API函数库（C++/C#）。支持任意两轴直线、圆弧插补、支持任意3轴4轴直线插补，空间螺旋线插补。可同时建立两个插补坐标系，具有前瞻预处理算法，反向间隙补偿，螺距误差补偿。
同步性能
FPGA端抖动测试
测试FPGA周期性发送报文的时间进度,这里通过FPGA的报文接入倍福ET2000监听器,通过监听器可以获取精度为1ns的报文时间戳。
行业分类 : 工业电子
开发平台 : Intel 英特尔
交付形式 : 软件,IOT系统
性能参数 : 测试同步周期为125us，带的伺服轴为8个。通过ET2000可以清楚的看到FPGA在125us下的时钟抖动为±40ns。
应用场景 : (1) 不想自己研发总线，但是迫切需要总线控制器的企业 (2) 具备脉冲运控卡研发能能力，需要升级到总线控制器的企业 (3) 不想依靠PC，只需要MCU就可以控制总线伺服和IO的企业
