Neuer Lösungsansatz
Mit der EtherCAT-Technologie werden diese prinzipiellen Begrenzungen anderer Ethernet-Lösungen überwunden: das Ethernet Paket wird nicht mehr in jeder Anschaltung zunächst empfangen, dann interpretiert und die Prozessdaten weiterkopiert. Die neu entwickelten FMMU (Fieldbus Memory Management Unit) in jeder E/A-Klemme entnimmt die für sie bestimmten Daten, während das Telegramm das Gerät durchläuft. Ebenso werden Eingangsdaten im Durchlauf in das Telegramm eingefügt. Die Telegramme werden dabei nur wenige Nanosekunden verzögert.
![Neuer Lösungsansatz 1:](Images/gif/2469167371__Web.gif)
Da ein Ethernet-Frame sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung die Daten vieler Teilnehmer erreicht, steigt die Nutzdatenrate auf ca. 80% an. Dabei werden die Voll-Duplex Eigenschaften von 100BaseTx vollständig ausgenutzt, so dass effektive Datenraten von über 100 Mbit/s (bis zu 80% von 2 x 100 Mbit/s) erreichbar sind.
Ethernet bis in die Klemme
Das Ethernet-Protokoll gemäß IEEE 802.3 bleibt bis in die einzelne Klemme erhalten, der Sub-Bus entfällt. Lediglich die Übertragungsphysik wird im Koppler von Twisted Pair bzw. Lichtleiterphysik auf E-Bus gewandelt, um den Anforderungen der elektronischen Reihenklemme gerecht zu werden.
![Neuer Lösungsansatz 2:](Images/gif/2469169803__Web.gif)
Die FMMU-Technologie kann steuerungsseitig durch den TwinCAT Y-Treiber für Ethernet ergänzt werden. Dieser bindet sich transparent in das System ein, so dass er als betriebssystemkonformer Netzwerktreiber und zusätzlich als TwinCAT-Feldbuskarte erscheint. Auf der Sendeseite wird über interne Priorisierung und Puffer sichergestellt, dass Ethernet-Frames aus dem Echtzeitsystem immer dann eine freie Sendeleitung vorfinden, wenn sie an der Reihe sind. Die Ethernet-Frames des Betriebssystems werden erst danach in den Lücken verschickt, wenn entsprechend Zeit ist.
Auf der Empfangsseite werden alle empfangenen Ethernet-Frames vom TwinCAT I/O-System überprüft und die echtzeitrelevanten herausgefiltert. Alle anderen Frames werden nach der Überprüfung außerhalb des Echtzeitkontextes an das Betriebssystem übergeben.
![Neuer Lösungsansatz 3:](Images/gif/2469172235__Web.gif)
Als Hardware in der Steuerung kommen sehr preiswerte handelsübliche Standard Netzwerk-Interface-Karten (NIC) zum Einsatz. Der Datentransfer zum PC erfolgt per DMA (Direct Memory Access); es wird also keine CPU-Performance für den Netzwerkzugriff abgezweigt.
Da die Ethernet-Funktionalität des Betriebssystems vollständig erhalten bleibt, können alle betriebssystemkonformen Protokolle parallel auf demselben physikalischen Netzwerk betrieben werden. Dies umfasst nicht nur Standard IT-Protokolle wie TCP/IP, HTTP, FTP oder SOAP, sondern auch praktisch alle Industrial-Ethernet-Protokolle wie Modbus TCP, ProfiNet oder Ethernet/IP.