EtherCAT的4种寻址方式解析

我们知道，一个EtherCAT数据帧（frame）里面包含很多个报文（datagram），不管是什么样式的报文，它们的目的只有一个，就是读写从站寄存器或内存。所以寻址就是以什么方式访问哪个从站的哪个寄存器或内存。理解了寻址方式，就可以结合具体的地址和数据，搞清楚报文对从站到底干了什么事情。

EtherCAT数据帧

1.寻址方式解析

EtherCAT寻址方式只有4种：位置寻址（Position address）、节点寻址（Node address）、广播寻址（Broadcast address）、逻辑寻址（Logical address）。表中给出了不同的Cmd所采用的寻址方式。

Cmd寻址方式和描述

不同寻址方式，报文头的Address字段组成也有所不同：不同寻址方式的Address字段组成

（1）位置寻址

又叫顺序寻址，根据从站在链路上的位置进行寻址，通常用于初始化。

Address字段包括16位ADP和16位ADO。

当从站接收到ADP为0的报文时，则对报文进行读写操作，然后再把ADP加1。（如果是读操作就把从站ADO地址对应的数据写入报文，如果是写操作就把报文中的数据写入从站ADO对应的地址）

例如要对第0个从站进行读写操作，该报文的ADP就为0，第0个从站操作完之后ADP加1，后面的从站就不会根据该报文进行任何操作。又比如要对第2个从站进行读写操作，ADP就为-2（0xFFFE），那它传到第0个从站时ADP=-2，传到第1个从站时ADP=-1，传到第2个从站时才ADP=0，相应的读写操作才会进行。

（2）节点寻址

又叫设置寻址，根据从站被配置的地址进行寻址，通常用于对单独某个从站的读写（如SDO）。

Address字段包括16位ADP和16位ADO。

其中ADP为从站被配置的地址（理论上可以为任意值），ADO为从站里面某个寄存器的地址。如果报文的ADP与从站被配置的地址（存储在寄存器中）匹配，则该从站执行相应的操作。

（3）广播寻址

对链路上的每个从站进行读写操作。

Address字段包括16位ADP和16位ADO。

ADP本身不用于寻址，但每个从站会对它进行加1操作，ADO为从站里面某个寄存器的地址。如果是广播写，从站会将报文数据写入存储；如果是广播读，从站会把存储数据与报文数据求或，再写入报文。

（4）逻辑寻址

根据FMMU映射进行寻址，通常用于PDO过程数据交互。

Address字段包括32位的Addr。

Address为逻辑起始地址（由FMMU配置，存放在0x06y0寄存器中）。如果从站FMMU与报文的Address相符，则根据配置好的映射关系，将报文中特定偏移量的数据写入从站特定的地址，或将从站特定的地址的数据读入报文中特定偏移量。

2.示例解析

接下来通过WireShark抓取实际EtherCAT数据包，来对不同寻址方式进行详细分析。

如图所示为某品牌六轴机械臂运行时收发的数据帧，主站通过串行方式直连6台伺服驱动器从站设备，抓包时机械臂各关节在位置模式下做简单运动。EtherCAT发送数据帧EtherCAT接收数据帧

可以看到EtherCAT数据帧中包含了位置寻址（ARMW）、逻辑寻址（LWR、LRD）、节点寻址（FPRD）和广播寻址（BRD）报文。不同Cmd指令描述见上表。

可见发送出去和接收进来的报文种类数量都没有改变，但其中的数据内容和Working Counter（Cnt）在从站的操作下发生了相应的改变。下面对每种报文进行解析。

（1）ARMW报文 发送ARMW报文接收ARMW报文

如图所示为发送和接收的ARMW报文。采用位置寻址，当从站接收到ADP为0时，将地址为ADO的寄存器内容写入报文数据，如果从站接收到ADP不为0时，则将报文数据写入地址为ADO的寄存器，操作完成后对ADP加1。

该报文用于DC时钟同步，链路上第一个具有DC功能的从站作为主时钟。因此发送数据帧ADP=0意味着只有第一个从站会把自己的0x910寄存器数值写入报文，报文中的数据就是第一个从站的系统时间，后面的从站就只是默默地把该数据读入自己的0x910寄存器中。

这里由于链路上第一个从站对该报文进行了1次写操作，另外五个从站对该报文进行了总共5次读操作，因此Cnt=1+1+5=7。

（2）LRD报文发送LRD报文接收LRD报文

如图所示为发送和接收的LRD报文。LWR、LRD都采用逻辑寻址，因此从站只需要按照约定（配置）好的，将内存中特定的数据写入报文数据中特定的位置即可。发送时该报文的数据为全零，接收回来的时候就已经被填上数据了。这里的数据内容无非就是PDO过程数据，比如伺服电机的位置、速度、电流、状态字什么的。

这里六个从站分别对该报文进行了1次写操作，因此Cnt=1+6=7。

（3）FPRD报文

发送FPRD报文接收FPRD报文

如图所示为发送和接收的FPRD报文，采用节点寻址。从站接收到ADP与自己被配置的地址相符，就把ADO地址的寄存器数据写入报文。这里链路上某个从站地址被配置为0x3ec，然后读取它的0x130寄存器的数值写入报文数据。

这里由于链路上只有一个从站对该报文进行了1次写操作，因此Cnt=0+1=1。

（4）BRD报文

 发送BRD报文

接收BRD报文

如图所示为发送和接收的BRD报文。采用广播寻址，ADP没有实际意义，但每经过一个从站就会被加1。这里每个从站都会把ADO，也就是0x130地址的寄存器数值与报文中的数据按位或，然后写入报文。

查手册可知0x130寄存器存放的是从站的数据链路层状态（AL Status），当从站处于不同的状态，对应的比特位就会置1。也就是说，当报文数据中只有bit3为1时，可判断链路上所有从站都进入了OP状态；而当报文数据中bit2和bit3同时为1时（0x000c），链路上至少有一个从站处于SAFEOP且至少有一个处于OP，但具体哪一个也不知道。

这里六个从站分别对该报文进行了1次写操作，因此Cnt=2+6=8。

3.总结

总的来说，位置寻址用于从站都没有被配置，仅知道它在链路中位置的情况；节点寻址用于对从站点对点的通信，可用于从站配置和数据读取；广播寻址用于比较宽泛的设置和读取操作；逻辑寻址则用于数据量较大的读写操作，具有更高的信息密度和报文使用率。

参考网址：

EtherCAT寻址方式解析 - 知乎

Beckhoff Information System - English