倍福EAP协议应用讲解

前言

倍福提供了用于在以太网上进行实时通信的EtherCAT协议，EtherCAT协议属于现场层协议，即具有主从结构，通信只能由主站发起，从站不具备发起通信的功能，只能被动接收数据并插入数据到通信帧中。

EtherCAT协议中主站使用标准以太网卡实现，例如intel i210网卡等，一般PC上均配备有以太网卡，也称为以太网适配器（Ethernet Adapter），从站装配有专门处理EtherCAT 协议的芯片，称之为ESC（EtherCAT SubDevice Controller）芯片，注意，ESC芯片≠以太网卡芯片，其是专有芯片，仅用于EtherCAT从站设备使用。

EAP协议

既然已经有了EtherCAT协议，为什么还要开发一个EAP协议呢，如上所述，EtherCAT协议是主从通信，如果是需要两个主站之间进行实时通信，那就不存在主从的说法，这种情况下就不可以使用EtherCAT协议进行通信，针对这种需求，开发了EAP协议，EAP协议用于两个或多个主站之间进行实时通信。

这里有两个重要的知识点：

1）主站指的是运行有TwinCAT XAR环境的PC，没有运行TwinCAT XAR环境不可以称之为主站；

2）主站通信所使用的网卡都是标准以太网网卡，网卡必须兼容且安装有TwinCAT实时网卡驱动程序，如果不能安装实时网卡驱动是无法进行实时通信的！

EAP通信模型

EAP协议使用“发布/订阅”模型(但不限于此)，发布者不需要知道网络中是不是存在订阅者，只负责“发布”，订阅者也不知道是不是存在发布者，只负责“接收”，至于是谁发送的，订阅者并不关心。实际上使用的时候，大部分情况下都会事先进行网络规划，规划员就可以清楚地知道有几个发布者，有几个订阅者，以及他们彼此之间如何进行通信。

EAP发送方式

EAP即支持确定性的实时通信，也支持异步的非实时通信，非实时通信仅支持AoE（ADS over EtherCAT）

等等，这里说的是EAP通信，为什么又提到EtherCAT了，要注意EAP是EtherCAT协议族的一部分，定义在ETG 1020中，属于EtherCAT Protocol Enhancement 部分所以并不是说EAP和EtherCAT是并列关系，属于包含关系！

1）推送模式

EAP实现了主站间的实时通信，这里所说的实时就是指过程数据交换，这种情况下，发布者可以周期性发送过程数据或者过程数据有变化时触发发送，使用的是“发布/订阅”模型，也是EAP最主要的应用方式。

2）拉取模式

拉取模式使用的是“客户端/服务器”模型，这种情况下，由EAP Client发起请求向EAP Server请求数据，EAP Server将请求的数据发送回EAP Client完成一次通信，拉取模式只能是点对点的通信！而且对于一个EAP设备而言，可以即做服务器也做客户端！这种模式效率低，因为需要客户端发起请求，消耗一个数据帧，服务器响应请求还要消耗一个数据帧。

EAP寻址方式

EAP协议支持单播，组播，广播三种连接类型，支持基于MAC寻址，基于 AMS NetID寻址，基于IP地址寻址三种寻址方式，不同的寻址方式会影响连接类型！例如，基于AMS NetID的寻址方式不支持组播和广播！

1）基于MAC寻址

基于MAC寻址支持单播，组播，广播，由于是使用MAC地址进行寻址，所以不存在网络层的概念，仅支持到数据链路层这个级别，因此想要“跨网”通信是不可能的，不支持路由器（因为路由器工作在网络层）

MAC地址是唯一的，没有网络的概念，那怎么能支持组播和广播呢，这里规定了一个固定的规则：

广播MAC地址必须是：FF-FF-FF-FF-FF-FF；

组播MAC地址是：01-01-05-04-00-00，这里有一个复杂的计算规则，对于倍福的设备，只需填写这个地址即可。

2）基于AMS NetID寻址

这中寻址方式更上一个台阶，到了网络层上，本质上是使用了ARP协议，将AMS NetID的地址和MAC地址由ARP协议来进行解析对应，ARP协议是应用在局域网中的一种地址解析协议，该种寻址方式也不能支持“跨网”通信，也不支持路由器。

3）基于IP寻址

基于UDP/IP进行寻址，IP地址由ARP协议负责解析到MAC地址上，此种方式支持“跨网”通讯，可以接入路由器。

广播的IP地址：255.255.255.255；

组播的IP地址范围：244.0.0.0-239.255.255.255

EAP性能

由于EAP可以工作在网络层上，也可以工作在数据链路层上，支持仅有交换机的局域网，也支持包括路由器的广域网，但是不同工作环境下EAP的性能会受到显著的影响。

1）仅有交换机的局域网内，不存在向上转发数据的时间开销，一般可以达到10ms的周期。

2）如果网络中有路由器，需要进行跨网通信，EAP需要使用UDP/IP的寻址方式，时间开销增大，数据包需要进入NDIS堆栈进行处理，此时可以达到100ms的周期

EAP帧结构

EAP可以通过Ethernet协议传输，也可以通过UDP/IP协议传输，通过Ethernet协议传输时，Ethernet type=0x88A4，通过UDP/IP协议传输时，UDP端口=0x88A4。通过Ethernet传输时，使用符合EtherCAT规定的数据帧结构，整个EAP帧被包含在了EtherCAT的用户数据区。

这里需要特别注意，一台PC的网口可以实现多个Publisher，每个Publisher有自己的ID，通常按照顺序ID依次为1，2，3…

不同架构下数据的对齐方式在EAP通信中的处理办法

倍福的PC有基于X86架构的，例如CX2030，也有基于ARM架构的，例如CX9020，不同架构平台下，数据的对齐方式有区别，对于X86架构，最小对齐单位是1byte，对于ARM架构，最小对齐单位是2byte或者4byte，如果你使用的两个PC的架构不一样，如下图所示的情况，就需要特别注意对齐的问题，否则可能导致变量出现错位无法正确识别！

一般处理办法是，当需要使用自定义的数据类型，例如结构体或者已有数据类型，最好按照以下顺序编排变量，优先4字节的变量，例如DINT，DWORD等，其次2字节的变量，例如UINT，WORD，最后1字节的变量，例如BOOL，SINT等。对于STRING类型的变量，默认长度为80byte+1byte，如果自己指定长度为x，则必须保证x+1是4的整数倍

EAP诊断

我们通常最为关注的是EAP的实时性能，即变量更新的最短周期，这个关键参数可以通过订阅者Subscriber下的变量的属性项Quality来判断，Quality表示该变量已经经过多少个100us没有更新，但是这个值也会受cycle time的影响，例如发布者的任务周期是10ms，但是订阅者所关联的任务周期是100ms，那就是说虽然发布者每10ms就会发送一次，但是订阅者每100ms才会去更新一次变量，所以这种情况下，Quality的值必定包含了中间空跑的9个周期，所以最理想的情况也不会低于90ms，Quality≥900.同样地，如果发布者的周期是100ms，订阅者的周期是10ms，那就意味着至少有9个周期订阅者收不到发布者的信息，Quality也不会低于900，所以在一个网络环境中，如果要测试实时性能，需要把发布者和订阅者所关联的任务周期需要设置成一样的时间，这样Quality反应出来的就是网络传输导致的延时。

另一个重要的变量属性是CycleIndex，此变量属性随发布者每个Task周期进行更新，同时随变量进行传送，订阅者通过接收的的CycleIndex来判断变量已经更新了几次，如果发布者的Cycleindex比订阅者接收到的CycleIndex要大，说明中间丢失了几次数据。

随变量进行传送，订阅者通过接收的的CycleIndex来判断变量已经更新了几次，如果发布者的Cycleindex比订阅者接收到的CycleIndex要大，说明中间丢失了几次数据。