一、EtherCAT通信模型

EtherCAT主從站間的數(shù)據(jù)通信在數(shù)據(jù)鏈路層分為3種方式：寄存器訪問， 郵箱模式訪問(MailBox)， Buffer模式訪問(Process Data)。

郵箱模式和Buffer模式均是訪問ESC內(nèi)部的PDRAM(Process Data RAM)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。寄存器訪問是直接讀寫ESC內(nèi)部的寄存器， 用于配置和獲取狀態(tài)。

郵箱模式的數(shù)據(jù)(SDO數(shù)據(jù))和Buffer模式的PDO數(shù)據(jù)都需要通過CoE(CANopen over EtherCAT)對(duì)象字典解析的才能明確數(shù)據(jù)含義。通過郵箱模式的FOE數(shù)據(jù)， EOE數(shù)據(jù)等無須使用對(duì)象字典解析。

ESC的內(nèi)存空間寄存器和RAM都是雙端口訪問的，主站通過EtherCAT數(shù)據(jù)幀訪問， 從站通過PDI總線訪問。

為保證訪問不會(huì)競(jìng)爭(zhēng)，寄存器會(huì)分配不同的權(quán)限， 比如寄存器0x100 ESC DL Control是主站可寫，從站只讀。 對(duì)于主站和從站都可寫的寄存器會(huì)有相應(yīng)位用于控制權(quán)限的獲取和釋放。

對(duì)于RAM部分，ESC硬件內(nèi)部設(shè)計(jì)了Sync Manger(同步管理器)對(duì)其進(jìn)行管理，同樣限制了主站和從站的讀寫權(quán)限，根據(jù)SyncManger的配置不同，可以分為郵箱模式和Buffer模式。

下圖為EtherCAT從站設(shè)備模型：

1.1 郵箱模式

郵箱模式是請(qǐng)求-應(yīng)答模式。 郵箱數(shù)據(jù)支持CoE, FoE，EoE等協(xié)議格式的數(shù)據(jù)。

服務(wù)數(shù)據(jù)SDO就是使用CoE協(xié)議，通過郵箱方式通信。

1.2Buffer模式

Buffer模式屬于生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式, 用于周期性高實(shí)時(shí)性性的數(shù)據(jù)傳輸， 也就是PDO數(shù)據(jù)。 一般PDO數(shù)據(jù)會(huì)通過ESC的FMMU功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀中邏輯地址上的內(nèi)容映射到ESC的PDRAM中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

二、CoE與服務(wù)數(shù)據(jù)SDO和過程數(shù)據(jù)PDO

基于CoE協(xié)議的通信可以分為兩種： 服務(wù)數(shù)據(jù)SDO與過程數(shù)據(jù)PDO， 兩種通信的數(shù)據(jù)對(duì)象均在CoE的對(duì)象字典OD中描述。

2.1對(duì)象字典OD

對(duì)象字典是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，其中含有描述從站行為的所有參數(shù)。通過16位的索引和8位的子索引來查找對(duì)象字典中的某個(gè)數(shù)據(jù)信息。

針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，有不同的協(xié)議規(guī)范。
比如針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景， CiA制定的CIA402（CAN in Automation 402運(yùn)動(dòng)控制協(xié)議）。它的核心特點(diǎn)之一就是定義了標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)象字典（如：0x6040控制字，0x6041狀態(tài)字， 0x607A目標(biāo)位置、0x6064實(shí)際位置等）， 遵守同一協(xié)議的設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。

另外對(duì)象字典涉及的內(nèi)容很多，有些是靜態(tài)的，讓用戶從中讀取信息。例如標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備子協(xié)議區(qū)。有些是動(dòng)態(tài)可寫入的，讓用戶按需進(jìn)行配置，比如通信對(duì)象子協(xié)議區(qū)中的PDO參數(shù)對(duì)象部分，供用戶配置PDO映射。

以下為COE協(xié)議的部分規(guī)范定義：

2.2 過程數(shù)據(jù)PDO

過程數(shù)據(jù)PDO，用于實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，是周期性控制過程中主從站之間需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)象，這些數(shù)據(jù)對(duì)象的定義在CoE的對(duì)象字典中描述。
如cia402協(xié)議中，0x6040(Control word 控制字)，0x6041(Status word 狀態(tài)字)屬于PDO數(shù)據(jù)類型， 周期性實(shí)時(shí)傳輸。

PDO分為RxPDO和TxPDO兩類， 它們的命名是依據(jù)從站視角的接收或發(fā)送分類：
主站發(fā)送給從站的，稱為RxPDO。
從站發(fā)送給主站的，稱為TxPDO。

2.3服務(wù)數(shù)據(jù)SDO

服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象SDO，用于配置過程，是主從站之間進(jìn)行非周期性通信時(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)象。對(duì)象字典中除PDO以外部分都可以稱為SDO。

三、PDO映射與分配

對(duì)象字典中只有部分實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)對(duì)象使用PDO方式傳輸。主從站之間需要約定對(duì)象字典中的哪些數(shù)據(jù)通過PDO傳輸。這個(gè)約定是通過對(duì)象字典中的PDO映射合PDO分配這兩類對(duì)象來實(shí)現(xiàn)。

通常與PDO映射與分配相關(guān)的一種情形是CIA402中不同控制模式的切換， 不同的控制模式所傳輸?shù)腜DO數(shù)據(jù)對(duì)象是不同的。

3.1服務(wù)數(shù)據(jù)SDO

"PDO映射對(duì)象"和"PDO分配對(duì)象"是與PDO的配置相關(guān)的兩個(gè)SDO，雖然名稱里帶有PDO但并不屬于PDO。"PDO"、"PDO映射對(duì)象"和"PDO分配對(duì)象"實(shí)際上是層層嵌套的關(guān)系，三者配合起來用于描述具體使用哪些PDO來控制從站設(shè)備。

3.2PDO映射對(duì)象

PDO映射對(duì)象分為RxPDO映射對(duì)象和TxPDO映射對(duì)象兩類，每類都有若干個(gè)對(duì)象，每個(gè)PDO映射對(duì)象用于映射一組PDO。

RxPDO映射對(duì)象位于對(duì)象字典索引0x1600到0x17FF位置，TxPDO映射對(duì)象位于0x1A00到0x1BFF位置。

PDO映射對(duì)象包含n個(gè)子索引，子索引0表示該P(yáng)DO映射對(duì)象中映射了多少個(gè)PDO，其余子索引表示映射了哪些PDO。

3.3PDO分配對(duì)象

PDO分配對(duì)象有兩個(gè)分配對(duì)象， 分別是：
一個(gè)RxPDO分配對(duì)象，在對(duì)象字典中的索引為0x1C12；
一個(gè)TxPDO分配對(duì)象，在對(duì)象字典中的索引為0x1C13。

綜上PDO映射與分配有三種情況：

固定的PDO分配對(duì)象和固定的PDO映射對(duì)象， 例如HPM_SDK中的ecat_io例程， 其RxPDO分配對(duì)象0x1C12的值是固定的， 其指向RxPDO映射對(duì)象0x1600, 而RxPDO映射對(duì)象0x1600的值也是固定的。

可變的PDO分配對(duì)象和固定的PDO映射對(duì)象， 例如HPM_SDK中的ecat_cia402例程，有3個(gè)RxPDO映射對(duì)象0x1600/0x1601/0x1602， 每個(gè)RxPDO映射對(duì)象的值是固定的，用于不同的控制模式?？梢孕薷腞xPDO分配對(duì)象0x1C12的值選擇其中的一個(gè)RxPDO映射對(duì)象。（該例程使用了Module/Slots概念， 通過在Slots中選中對(duì)應(yīng)的Module即可配置0x1C12和0x1c13）

可變的PDO分配對(duì)象和可變的PDO映射對(duì)象，即在情形2的基礎(chǔ)上，其RxPDO與TxPDO映射對(duì)象的值可以被更改。例如可以通過主站軟件配置0x1600的值，實(shí)現(xiàn)靈活的組合PDO數(shù)據(jù)。