CN116455833B - 一种EtherCAT网络及其链路扩充方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EtherCAT网络及其链路扩充方法和装置，属于通信领域，用于对EtherCAT网络的数据传输链路进行扩充。本申请中的端口解析模块可以根据下行帧数据中的目标MAC地址确定出对应的目标从端口，数据发送模块则可以将当前的下行帧数据通过目标从端口发出，上行帧控制模块则可以按照先进先出规则将从各个从端口接收到的上行帧数据有序的通过主端口发出并传回主站设备，由于通过链路扩充装置可以将EtherCAT网络中的数据分成并行的多个链路进行传输，因此可以提升通信效率。

Description

一种EtherCAT网络及其链路扩充方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种EtherCAT网络的链路扩充装置，本发明还涉及一种EtherCAT网络及其链路扩充方法。

背景技术

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology，以太网控制自动化技术）是一种实时工业以太网协议，广泛应用于自动化和工业控制系统，在传统的EtherCAT网络中，数据帧的传输是一种串行的链路通信，因此随着EtherCAT网络中节点数量的增多，数据包的传输总时间也相应增加，从而导致通信效率降低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种EtherCAT网络的链路扩充装置，由于通过链路扩充装置可以将EtherCAT网络中的数据分成并行的多个链路进行传输，因此可以提升通信效率；本发明的另一目的是提供一种EtherCAT网络及其链路扩充方法，由于通过链路扩充装置可以将EtherCAT网络中的数据分成并行的多个链路进行传输，因此可以提升通信效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种EtherCAT网络的链路扩充装置，包括：

端口解析模块，用于根据当前通过主端口接收到的以太网控制自动化技术EtherCAT网络的下行帧数据中的目标媒体存取控制位址MAC地址，确定出所述下行帧数据对应的从端口并将其作为目标从端口；

数据发送模块，用于将当前的所述下行帧数据通过所述目标从端口发出，以便所述下行帧数据在所述目标从端口对应的从站设备的链路中传输；

上行帧控制模块，用于按照先进先出规则，将从各个所述从端口接收到的上行帧数据依次通过所述主端口发出，以便将所述上行帧数据发回所述EtherCAT网络的主站设备；

所述主端口以及多个所述从端口。

优选地，所述数据发送模块包括：

使能控制模块，用于将所有从端口中的所述目标从端口使能，以便所述目标从端口发出当前所述下行帧数据；

数据延时模块，用于在所述目标从端口被使能的同时，将当前的所述下行帧数据发送至各个所述从端口，以便当前所述下行帧数据通过所述目标从端口发出并在所述目标从端口对应的从站设备的链路中传输。

优选地，所述端口解析模块具体用于：

根据当前通过主端口接收到的EtherCAT网络的下行帧数据中的目标MAC地址中的前N位数据，确定出所述下行帧数据对应的从端口并将其作为目标从端口；

其中，N为预设正整数，所述从端口的数量不大于所述前N位数据的排列组合总数。

优选地，所述使能控制模块包括：

与所述从端口一一对应的从端口转发使能寄存器，用于在所述端口解析模块的控制下调整自身的寄存器值，并将所述寄存器值发送至对应的所述从端口的使能端，以便将所有从端口中的所述目标从端口使能并通过所述目标从端口发出当前所述下行帧数据。

优选地，所述数据延时模块具体用于：

在将当前的所述下行帧数据中的目标MAC地址缓存完成之后，将当前的所述下行帧数据发送至各个所述从端口，以便在所述目标从端口被使能的同时将所述下行帧数据发送至各个所述从端口。

优选地，所述上行帧控制模块具体用于：

在所述主端口当前未发送上行帧数据时，将当前从所述从端口接收到的上行帧数据通过所述主端口发出，在所述主端口当前正在发送上行帧数据时，将当前从所述从端口接收到的上行帧数据缓存至帧队列，按照先进先出规则将所述帧队列中的上行帧数据通过所述主端口发出，以便将所述上行帧数据发回所述EtherCAT网络的主站设备。

优选地，所述链路扩充装置位于所述EtherCAT网络的第一个从站设备的下游；

其中，所述EtherCAT网络的主站设备用于发送所述下行帧数据，接收所述上行帧数据，还用于根据各个所述从端口对应链路的拓扑信息，控制所述EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备进行分布式时钟同步，以便所述EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备的时钟与所述EtherCAT网络中第一个从站设备的本地时钟同步。

优选地，所述主站设备还用于：

计算待发送帧数据从被所述主站设备发出，到被所述待发送帧数据对应的所述从端口从上行链路接收所用的传输时长；

在延迟预设时长后发出所述待发送帧数据，以避免各个所述从端口同时从上行链路接收到上行帧数据。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种EtherCAT网络的链路扩充方法，包括：

根据当前通过主端口接收到的EtherCAT网络的下行帧数据中的目标MAC地址，确定出所述下行帧数据对应的从端口并将其作为目标从端口；

将当前的所述下行帧数据通过所述目标从端口发出，以便所述下行帧数据在所述目标从端口对应的从站设备的链路中传输；

按照先进先出规则，将从各个所述从端口接收到的上行帧数据依次通过所述主端口发出，以便将所述上行帧数据发回所述EtherCAT网络的主站设备。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种EtherCAT网络，包括如上所述的EtherCAT网络的链路扩充装置。

本发明提供了一种EtherCAT网络的链路扩充装置，考虑到EtherCAT网络中传输的每帧数据中的目标MAC地址存在闲置数据位可用，可以通过下行帧数据中的目标MAC地址来表示该下行帧数据对应的从端口，从而将下行帧数据分发至不同的链路进行传输，因此本申请中的端口解析模块可以根据下行帧数据中的目标MAC地址确定出对应的目标从端口，数据发送模块则可以将当前的下行帧数据通过目标从端口发出，上行帧控制模块则可以按照先进先出规则将从各个从端口接收到的上行帧数据有序的通过主端口发出并传回主站设备，由于通过链路扩充装置可以将EtherCAT网络中的数据分成并行的多个链路进行传输，因此可以提升通信效率。

本发明还提供了一种EtherCAT网络及其链路扩充方法，具有如上EtherCAT网络的链路扩充装置相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种EtherCAT网络的链路扩充装置的结构示意图；

图2为现有技术中的EtherCAT网络的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种EtherCAT网络的链路扩充装置的结构示意图；

图4为本发明提供的一种EtherCAT网络的结构示意图；

图5为本发明提供的一种EtherCAT网络的链路扩充方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种EtherCAT网络的链路扩充装置，由于通过链路扩充装置可以将EtherCAT网络中的数据分成并行的多个链路进行传输，因此可以提升通信效率；本发明的另一核心是提供一种EtherCAT网络及其链路扩充方法，由于通过链路扩充装置可以将EtherCAT网络中的数据分成并行的多个链路进行传输，因此可以提升通信效率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明提供的一种EtherCAT网络的链路扩充装置的结构示意图，该EtherCAT网络的链路扩充装置包括：

端口解析模块2，用于根据当前通过主端口1接收到的以太网控制自动化技术EtherCAT网络的下行帧数据中的目标媒体存取控制位址MAC地址，确定出下行帧数据对应的从端口5并将其作为目标从端口；

数据发送模块3，用于将当前的下行帧数据通过目标从端口发出，以便下行帧数据在目标从端口对应的从站设备的链路中传输；

上行帧控制模块4，用于按照先进先出规则，将从各个从端口5接收到的上行帧数据依次通过主端口1发出，以便将上行帧数据发回EtherCAT网络的主站设备；

主端口1以及多个从端口5。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图2，图2为现有技术中的EtherCAT网络的结构示意图，从图2中可以看出，EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个开放架构，以太网为基础的现场总线系统。EtherCAT使用全双工的以太网实体层，每从站至少会有2个物理通信端口，其端口为物理通信端口A、物理通信端口B等。物理通信端口A接收到的数据必定会经过“帧处理单元”，然后将处理后的帧从物理端口B发送出去；物理端口B接收的数据会自动转发，从物理端口A发送出去。数据的链路一直处在串行通信中，从站节点的延时一般在1微秒左右，数据包的总时间等于发送时间（包字节数 *80纳秒）+站延时（站个数*1微秒）+接收时间（包字节数*80纳秒）。随着网络中节点数量的增多，数据包的发收总时间也相应增加，可能导致通信效率降低。

具体的，考虑到如上背景技术中的技术问题，又结合考虑到EtherCAT网络中传输的每帧数据中的目标MAC（Media Access Control Address，媒体存取控制位址）地址存在闲置数据位可用，因此可以通过下行帧数据中的目标MAC地址来表示该下行帧数据对应的从端口5，从而将下行帧数据分发至不同的链路进行传输，因此本发明实施例中就可以针对EtherCAT网络中下发的下行帧数据进行目标MAC地址的设定，并通过端口解析模块2来识别，端口解析模块2可以根据当前通过主端口1接收到的以太网控制自动化技术EtherCAT网络的下行帧数据中的目标媒体存取控制位址MAC地址，确定出下行帧数据对应的从端口5并将其作为目标从端口，例如当前接收到的下行帧数据的目标MAC地址中的数据指向了某一个从端口5，那么便可以将其指向的该从端口5作为目标从端口，在此值得一提的是，链路扩充装置的主端口1可以与原EtherCAT网络中主站设备下游的任一网络接口连接，而从端口5分别可以连接EtherCAT网络中的一个从站设备的网络接口，从而将主端口1接收到的一路串行信号扩充为多路并行处理的信号。

其中，在解析出目标从端口后，为了顺利实现下行帧数据的多路发送，本发明实施例中的数据发送模块3便可以将当前的下行帧数据通过目标从端口发出，以便下行帧数据在目标从端口对应的从站设备的链路中传输，如此一来，便可以将每个下行帧数据分发到不同的从端口5对应的链路中进行传输，有效提升了通信效率。

具体的，考虑到在将EtherCAT网络的一路数据传输链路扩充为并行多路后，由于EtherCAT网络中本身还存在上行链路，因此该链路扩充装置也需要将各个从端口5的上行帧数据发回至主端口1，而为了能有序的将各个上行帧数据通过“同时只能处理一帧数据的主端口1”进行发送，本发明实施例中的上行帧控制模块4可以按照先进先出规则，将从各个从端口5接收到的上行帧数据依次通过主端口1发出，以便将上行帧数据发回EtherCAT网络的主站设备，至此，本发明实施例中的链路扩充装置便可以将EtherCAT网络的下行帧数据通过多个链路并行发送，而对于各个链路返回的上行帧数据也可以有序的发回主端口1，通过数据传输并行度的提升有效地提升了通信效率，也提升了用户体验。

具体的，值得一提的是，本发明实施例中的链路扩充装置可以通过各种方式来实现，例如可以通过FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）实现等，本发明实施例在此不做限定。

本发明提供了一种EtherCAT网络的链路扩充装置，考虑到EtherCAT网络中传输的每帧数据中的目标MAC地址存在闲置数据位可用，可以通过下行帧数据中的目标MAC地址来表示该下行帧数据对应的从端口5，从而将下行帧数据分发至不同的链路进行传输，因此本申请中的端口解析模块2可以根据下行帧数据中的目标MAC地址确定出对应的目标从端口，数据发送模块3则可以将当前的下行帧数据通过目标从端口发出，上行帧控制模块4则可以按照先进先出规则将从各个从端口5接收到的上行帧数据有序的通过主端口1发出并传回主站设备，由于通过链路扩充装置可以将EtherCAT网络中的数据分成并行的多个链路进行传输，因此可以提升通信效率。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，数据发送模块3包括：

使能控制模块，用于将所有从端口5中的目标从端口使能，以便目标从端口发出当前下行帧数据；

数据延时模块，用于在目标从端口被使能的同时，将当前的下行帧数据发送至各个从端口5，以便当前下行帧数据通过目标从端口发出并在目标从端口对应的从站设备的链路中传输。

为了更好的对本发明实施例进行说明，请参考图3，图3为本发明提供的另一种EtherCAT网络的链路扩充装置的结构示意图，具体的，图3中的从端口5可以为16个，分别为从端口50-15，PORT_EN[0]到PORT_EN[15]表示与从端口5一一对应的16个从端口5转发使能寄存器，PORTn_TX总线（n对应从端口5号）用来传输下行帧数据，而PORTn_RX总线（n对应从端口5号）用来传输上行帧数据。

具体的，在得到目标从端口后，本发明考虑使用简单的使能控制方式来控制目标从端口将当前的下行帧数据发送出去，因此本发明实施例中的使能控制模块可以将所有从端口5中的目标从端口使能，以便目标从端口发出当前下行帧数据，使能控制模块在此时可以仅将其中的目标从端口使能，而不对其他的从端口5使能。

具体的，考虑到对于下行帧数据中的目标MAC地址的解析过程需要耗时，也就是说从接收到下行帧数据到目标从端口被使能需要一段时间，因此为了能够保证当前的下行帧数据能够顺利的从目标从端口发出，需要保证在目标从端口被使能的同时，将当前的下行帧数据发送至各个从端口5，因此本发明实施例中的数据延时模块可以用于保证这一工作，以便当前下行帧数据通过目标从端口发出并在目标从端口对应的从站设备的链路中传输。

作为一种优选的实施例，端口解析模块2具体用于：

根据当前通过主端口1接收到的EtherCAT网络的下行帧数据中的目标MAC地址中的前N位数据，确定出下行帧数据对应的从端口5并将其作为目标从端口；

其中，N为预设正整数，从端口5的数量不大于前N位数据的排列组合总数。

具体的，考虑到目标MAC地址中的数据位有8个字节共64位，其所能表达的从端口5的数量远远超出了需求，因此本发明实施例中仅取目标MAC地址中的前N位数据来表示从端口5号，端口解析模块2可以根据当前通过主端口1接收到的EtherCAT网络的下行帧数据中的目标MAC地址中的前N位数据，确定出下行帧数据对应的从端口5并将其作为目标从端口。

其中，N可以进行自主设定，例如可以设定为4来至多表示16个从端口5号等，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，使能控制模块包括：

与从端口5一一对应的从端口5转发使能寄存器，用于在端口解析模块2的控制下调整自身的寄存器值，并将寄存器值发送至对应的从端口5的使能端，以便将所有从端口5中的目标从端口使能并通过目标从端口发出当前下行帧数据。

具体的，本发明实施例中通过对于与从端口5一一对应的从端口5转发使能寄存器的配置，便可以实现每次对于从端口5的使能/不使能控制，实现方式简单，且使能控制的速度较快。

当然，除了该具体方式外，使能控制模块还可以通过其他方式来实现，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，数据延时模块具体用于：

在将当前的下行帧数据中的目标MAC地址缓存完成之后，将当前的下行帧数据发送至各个从端口5，以便在目标从端口被使能的同时将下行帧数据发送至各个从端口5。

具体的，考虑到端口解析模块2根据目标MAC地址解析出目标从端口的耗时基本等同于缓存目标MAC地址所需的时间，因此本发明实施例中的数据延时模块可以在将当前的下行帧数据中的目标MAC地址缓存完成之后，将当前的下行帧数据发送至各个从端口5，以便在目标从端口被使能的同时将下行帧数据发送至各个从端口5，实现延时的方式较为简单。

具体的，考虑到目标MAC地址共有8个字节共64个数据位，因此数据延时模块可以通过16个4位寄存器用于缓存8字节数据的节拍(8字节*8位/4位=16个节拍)，会延迟16*40=640ns时间（每个节拍40ns），其目的是为了使端口解析模块2识别到SFD(帧开始界定符)后面的目标MAC地址的前四位（[3:0]值）来配置从端口5转发使能寄存器PORT_EN[15:0]，随后将16个4位寄存器数据转发到各个从端口5，从而使得从端口5被控制使能和接收到下行帧数据的时刻保持同步。

其中，请参考下表1，表1为从端口5转发使能寄存器的功能定义表：

表1

作为一种优选的实施例，上行帧控制模块4具体用于：

在主端口1当前未发送上行帧数据时，将当前从从端口5接收到的上行帧数据通过主端口1发出，在主端口1当前正在发送上行帧数据时，将当前从从端口5接收到的上行帧数据缓存至帧队列，按照先进先出规则将帧队列中的上行帧数据通过主端口1发出，以便将上行帧数据发回EtherCAT网络的主站设备。

具体的，为了有序的将各个从端口5发送的上行帧数据通过主端口1进行转发，在接收到上行帧数据的时候，可以判断主端口1当前是否正在发送上行帧数据，在主端口1当前未发送上行帧数据时，将当前从从端口5接收到的上行帧数据通过主端口1发出，在主端口1当前正在发送上行帧数据时，将当前从从端口5接收到的上行帧数据缓存至帧队列，按照先进先出规则将帧队列中的上行帧数据通过主端口1发出，以便将上行帧数据发回EtherCAT网络的主站设备。

其中，请参照图3，本发明实施例中的上行帧控制模块4可以维护16个（与从端口5的数量一致）帧队列，每个帧队列大小需要至少可容纳一帧上行帧数据，例如可以为1536字节(最大以太网帧)，各个从端口5收到的数据流便会发送至上行帧控制模块4进行如上的工作，此过程的缓存进入队列和转发主端口1发送会同时进行。

作为一种优选的实施例，链路扩充装置位于EtherCAT网络的第一个从站设备的下游；

其中，EtherCAT网络的主站设备用于发送下行帧数据，接收上行帧数据，还用于根据各个从端口5对应链路的拓扑信息，控制EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备进行分布式时钟同步，以便EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备的时钟与EtherCAT网络中第一个从站设备的本地时钟同步。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图4，图4为本发明提供的一种EtherCAT网络的结构示意图，考虑到EtherCAT网络中各个从站设备存在一个名为DC（分布式时钟）同步的模式，而为了实现分布式时钟同步的控制，主站设备需要知晓各个从端口5对应链路的拓扑信息，因此本发明实施例中的主站设备可以根据各个从端口5对应链路的拓扑信息，控制EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备进行分布式时钟同步，以便EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备的时钟与EtherCAT网络中第一个从站设备的本地时钟同步，此时要求链路扩展装置位于EtherCAT网络中第一个从站设备的下游，如图4所示。

其中，各个从端口5对应链路的拓扑信息可以由人工进行预先设置，也可以由主站设备进行自动获取，自动获取的过程为：主站设备可以向每一个从端口5发送一帧用于请求从站设备指定基本信息的数据，那么该从端口5上的每个从站设备接收到该帧数据后，便可以将自身的指定基本信息通过该帧数据返回给主站设备，从而使得主站设备可以收到该从端口5对应链路上的各个从站设备的指定基本信息，从而得到该从端口5对应链路的拓扑信息。

作为一种优选的实施例，主站设备还用于：

计算待发送帧数据从被主站设备发出，到被待发送帧数据对应的从端口5从上行链路接收所用的传输时长；

在延迟预设时长后发出待发送帧数据，以避免各个从端口5同时从上行链路接收到上行帧数据。

具体的，请参考图3，考虑到各个从端口5可能通过一根总线将上行帧数据发送至上行帧控制模块4，此种情况下由于总线同时仅允许一路数据经过，若多个从端口5同时想向该唯一总线发送数据，则会产生错误，因此主站需要在发送下行帧数据时进行延时处理，以便各个从端口5不会同时接收到上行帧数据，这样一来各个从端口5发送的上行帧数据也就不会在上述的唯一总线处产生冲突，因此本发明实施例中的主站设备可以计算待发送帧数据从被主站设备发出，到被待发送帧数据对应的从端口5从上行链路接收所用的传输时长，然后为每个待发送帧数据延迟预设时长后发出，也即在已知传输时长的情况下，通过控制各个待发送数据帧的发送时刻，来避免各个从端口5不会同时接收到上行帧数据。

其中，对于图3所示的拓扑来说，上述的传输时长可以包括①第一个从站设备的传输耗时、②端口解析模块2对于下行帧数据中目标MAC地址的解析耗时、③下行帧数据对应从端口5链路的传输延迟（由从端口5发出下行帧数据，到对应的上行帧数据返回至该从端口5所用的时间，可以包括线延迟+该从端口5中每个从设备的转发延时）。

最后，请参考下图2，表2为链路扩充前后通信效率对照表：

表2

具体的，表2中各项指标的计算公式具体为：所有从站的PDO帧字节数为从站数量×每个从站的PDO数据大小，每帧的PDO字节数为所有从站的PDO帧字节数/分包次数，每帧的字节数为每帧的PDO字节数+ethercat帧固有长度，每帧多个从站总延迟为从站数量×每个从站延迟，每帧的发送接收时间为每帧的字节数×百兆每字节传输时间×2+每帧多个从站总延迟，帧间隙总时间为帧间隙长度×百兆每字节传输时间×(分包次数-1)，多次分包发送接收总时间为每帧的发送接收时间×分包次数+帧间隙总时间，每个从端口的从站数量为从站数量/每个从端口的从站数量，所有从站的PDO帧字节数为从站数量×每个从站的PDO数据大小，每帧的PDO字节数为所有从站的PDO帧字节数/分包次数，每帧的字节数为每帧的PDO字节数+ethercat帧固有长度，每帧多个从站总延迟为每个从端口的从站数量×每个从站延迟，每帧的发送接收时间为每帧的字节数×百兆每字节传输时间×2+每帧多个从站总延迟，帧间隙总时间为帧间隙总时间，多次分包发送接收总时间为每帧的发送接收时间×分包次数+帧间隙总时间，提升的效率为(传统ESC链路多次分包发送接收总时间-本专利分支器链路多次分包发送接收总时间)/传统ESC链路多次分包发送接收总时间。

其中，上表中的PDO数据为PDO（Process data object，过程数据对象），而ESC为EtherCAT网络中的从站控制芯片，其中的分支器也即为链路扩展装置，由表2可以看出，本发明实施例中链路扩充装置的应用可以大幅提升EtherCAT网络的通信效率。

请参考图5，图5为本发明提供的一种EtherCAT网络的链路扩充方法的流程示意图，该EtherCAT网络的链路扩充方法包括：

S101：根据当前通过主端口1接收到的EtherCAT网络的下行帧数据中的目标MAC地址，确定出下行帧数据对应的从端口5并将其作为目标从端口；

S102：将当前的下行帧数据通过目标从端口发出，以便下行帧数据在目标从端口对应的从站设备的链路中传输；

S103：按照先进先出规则，将从各个从端口5接收到的上行帧数据依次通过主端口1发出，以便将上行帧数据发回EtherCAT网络的主站设备。

对于本发明实施例提供的EtherCAT网络的链路扩充方法的介绍请参照前述的EtherCAT网络的链路扩充装置的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本发明还提供了一种EtherCAT网络，包括如前述实施例中的EtherCAT网络的链路扩充装置。

对于本发明实施例提供的EtherCAT网络的介绍请参照前述的EtherCAT网络的链路扩充装置的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，包括：

端口解析模块，用于根据当前通过主端口接收到的以太网控制自动化技术EtherCAT网络的下行帧数据中的目标媒体存取控制位址MAC地址，确定出所述下行帧数据对应的从端口并将其作为目标从端口；

数据发送模块，用于将当前的所述下行帧数据通过所述目标从端口发出，以便所述下行帧数据在所述目标从端口对应的从站设备的链路中传输；

上行帧控制模块，用于按照先进先出规则，将从各个所述从端口接收到的上行帧数据依次通过所述主端口发出，以便将所述上行帧数据发回所述EtherCAT网络的主站设备；

所述主端口以及多个所述从端口；

其中，所述主端口与所述EtherCAT网络中主站设备的任一网络接口连接，所述从端口分别连接所述EtherCAT网络中的一个从站设备的网络接口。

2.根据权利要求1所述的EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，所述数据发送模块包括：

使能控制模块，用于将所有从端口中的所述目标从端口使能，以便所述目标从端口发出当前所述下行帧数据；

数据延时模块，用于在所述目标从端口被使能的同时，将当前的所述下行帧数据发送至各个所述从端口，以便当前所述下行帧数据通过所述目标从端口发出并在所述目标从端口对应的从站设备的链路中传输。

3.根据权利要求2所述的EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，所述端口解析模块具体用于：

根据当前通过主端口接收到的EtherCAT网络的下行帧数据中的目标MAC地址中的前N位数据，确定出所述下行帧数据对应的从端口并将其作为目标从端口；

其中，N为预设正整数，所述从端口的数量不大于所述前N位数据的排列组合总数。

4.根据权利要求3所述的EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，所述使能控制模块包括：

与所述从端口一一对应的从端口转发使能寄存器，用于在所述端口解析模块的控制下调整自身的寄存器值，并将所述寄存器值发送至对应的所述从端口的使能端，以便将所有从端口中的所述目标从端口使能并通过所述目标从端口发出当前所述下行帧数据。

5.根据权利要求4所述的EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，所述数据延时模块具体用于：

在将当前的所述下行帧数据中的目标MAC地址缓存完成之后，将当前的所述下行帧数据发送至各个所述从端口，以便在所述目标从端口被使能的同时将所述下行帧数据发送至各个所述从端口。

6.根据权利要求1所述的EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，所述上行帧控制模块具体用于：

在所述主端口当前未发送上行帧数据时，将当前从所述从端口接收到的上行帧数据通过所述主端口发出，在所述主端口当前正在发送上行帧数据时，将当前从所述从端口接收到的上行帧数据缓存至帧队列，按照先进先出规则将所述帧队列中的上行帧数据通过所述主端口发出，以便将所述上行帧数据发回所述EtherCAT网络的主站设备。

7.根据权利要求1至6任一项所述的EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，所述链路扩充装置位于所述EtherCAT网络的第一个从站设备的下游；

其中，所述EtherCAT网络的主站设备用于发送所述下行帧数据，接收所述上行帧数据，还用于根据各个所述从端口对应链路的拓扑信息，控制所述EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备进行分布式时钟同步，以便所述EtherCAT网络中所有处于分布式时钟同步模式的从站设备的时钟与所述EtherCAT网络中第一个从站设备的本地时钟同步。

8.根据权利要求7所述的EtherCAT网络的链路扩充装置，其特征在于，所述主站设备还用于：

计算待发送帧数据从被所述主站设备发出，到被所述待发送帧数据对应的所述从端口从上行链路接收所用的传输时长；

在延迟预设时长后发出所述待发送帧数据，以避免各个所述从端口同时从上行链路接收到上行帧数据。

9.一种EtherCAT网络的链路扩充方法，其特征在于，包括：

根据当前通过主端口接收到的EtherCAT网络的下行帧数据中的目标MAC地址，确定出所述下行帧数据对应的从端口并将其作为目标从端口；

将当前的所述下行帧数据通过所述目标从端口发出，以便所述下行帧数据在所述目标从端口对应的从站设备的链路中传输；

按照先进先出规则，将从各个所述从端口接收到的上行帧数据依次通过所述主端口发出，以便将所述上行帧数据发回所述EtherCAT网络的主站设备；

其中，所述主端口与所述EtherCAT网络中主站设备的任一网络接口连接，所述从端口分别连接所述EtherCAT网络中的一个从站设备的网络接口。

10.一种EtherCAT网络，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的EtherCAT网络的链路扩充装置。