ETHERCAT工业以太网应用系统设计

稀缺性与权威性：本书凝聚作者多年科研与教学经验，实例源自工业以太网科研攻关课题，内容兼具深度与实用性。
开源主站独家突破：本书系统呈现 IgH、SOEM 两大开源主站应用实例，配套详尽 Linux 源代码，提供 Ubuntu 系统下完整安装步骤（规避实操细节陷阱），大幅降低移植难度，节省开发摸索时间与成本。
全流程实操导向：本书覆盖从站硬件电路设计（ET1100、LAN9252）、主从站软件开发（驱动 / 应用程序）、调试方法到 XML 文件解析全流程，步骤详实可落地，新手也能快速上手。
精准开发指引：本书提供从站评估板/开发板选型建议（匹配 STM32F1/F4 等主流 MCU），助力开发者减少软硬件移植工作量，实现事半功倍的开发效果。
丰富数字资源支撑：配套程序代码、电路文件、官方手册、开发工具等全套资源，可直接下载使用，为实践学习提供全方位保障。
全面技术覆盖：深入解析 EtherCAT 通信原理、主从站分类及主流主站（TwinCAT 3、IgH、SOEM）应用场景，兼顾技术理论与工业落地，满足不同层次读者学习与研发需求。

本书全面介绍了EtherCAT工业以太网应用系统设计。书中内容丰富，体系先进，结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用技术。全书共分11章，主要内容包括：绪论，EtherCAT从站控制器，EtherCAT从站硬件电路系统设计，EtherCAT工业以太网主站，EtherCAT开发前的准备——软件的安装，基于ET1100的EtherCAT从站软件设计，基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序设计，基于LAN9252的从站增加数字量和模拟量通信数据的方法，EtherCAT主站软件安装、从站开发调试及XML文件解析，基于IgH的EtherCAT主从站通信程序设计，基于SOEM的EtherCAT主从站通信程序设计。通过阅读本书，读者将深入了解EtherCAT技术原理、应用场景和关键设计步骤，为工业控制系统的开发和应用提供了全面的指导。本书力求所讲内容具有较强的可移植性、先进性、系统性、应用性及资料开放性，可起到举一反三的作用。本书配套程序代码、XML文件、电路文件、官方手册等数字资源，下载方式见本书封底。
本书可供从事EtherCAT工业以太网控制系统设计的工程技术人员参考，也可作为高等院校自动化、机器人、自动检测、机电一体化等专业的本科生教材或相关专业的研究生教材。

李正军：山东大学教授，知名的嵌入式系统、现场总线与工业以太网、自动控制、现场总线与工业以太网专家。1984年毕业于山东大学数学系、同年留山东大学数学系任教。先后担任“211工程”重点建设项目“现场总线技术实验室”负责人、控制科学与工程学院微机原理课程负责人，硕士研究生导师，并获山东大学优秀教师荣誉称号。中国电气工业协会设备网现场总线分会理事、中华人民共和国机械行业标准《低压电气通信规约》审稿人，全国电器设备网络通信接口标准化委员会委员。发表科研与教学论文50余篇，出版著作16部，并获机械工业出版社百佳作者和金牌作者荣誉称号。承担省部级与企业科研课题30余项。主要研究方向包括嵌入式系统、RISC-V开源技术、计算机控制、现场总线与工业以太网应用技术、高端医疗器械、电力网络监测仪表等。

前言
第1章绪论
11以太网与工业以太网概述
111以太网技术
112工业以太网技术
113工业以太网通信模型
114工业以太网的优势
115实时以太网
116实时以太网模型分析
117几种实时以太网的比较
12几种流行的工业以太网
121SERCOS
122PROFINET
123EPA
13EtherCAT工业以太网
131EtherCAT概述
132EtherCAT工业以太网的特点和快速以太网的环形结构
133EtherCAT物理拓扑结构
134EtherCAT数据链路层
135EtherCAT应用层
136EtherCAT系统组成
137EtherCAT系统主站设计
138EtherCAT系统从站设计
第2章EtherCAT从站控制器
21EtherCAT从站控制器概述
211EtherCAT从站控制器功能块
212EtherCAT协议
213帧处理
214FMMU
215同步管理器
22EtherCAT从站控制器的BECKHOFF解决方案
221BECKHOFF提供的EtherCAT从站控制器
222EtherCAT从站控制器存储空间
223EtherCAT从站控制器特征信息
23EtherCAT从站控制器ET1100
231ET1100概述
232ET1100引脚介绍
233ET1100的PDI信号
234ET1100的配置引脚信号
235ET1100的物理接口和PDI引脚信号
236ET1100的MII接口
237ET1100的PDI描述
238ET1100的异步8/16位微控制器接口
24EtherCAT从站控制器的数据链路控制
241EtherCAT从站控制器的数据帧处理
242EtherCAT从站控制器的通信接口控制
243EtherCAT从站控制器的数据链路地址
244EtherCAT从站控制器的逻辑寻址控制
25EtherCAT从站控制器的应用层控制
251EtherCAT从站控制器的状态机控制和状态
252EtherCAT从站控制器的中断控制
26EtherCAT从站控制器的存储同步管理
261EtherCAT从站控制器存储同步管理器
262SM通道缓存区的数据交换
263SM通道邮箱数据通信模式
27EtherCAT从站信息接口（SII）
271EEPROM中的信息
272EEPROM的操作
28EtherCAT分布式时钟
29EtherCAT从站控制器LAN9252
291LAN9252概述
292LAN9252主机总线接口
293LAN9252工作模式
294LAN9252引脚介绍
295LAN9252寄存器映射
296LAN9252系统中断
297LAN9252中断寄存器
298LAN9252主机总线接口
299LAN9252的SPI/SQI从器件
2910LAN9252的以太网PHY
2911LAN9252的EtherCAT功能
第3章EtherCAT从站硬件电路系统设计
31基于ET1100的EtherCAT从站硬件电路系统设计
311基于ET1100的EtherCAT从站总体结构
312微控制器与ET1100 的接口电路设计
313ET1100 的配置电路设计
314EtherCAT从站以太网物理层 PHY器件
31510/100 Base-TX/FX的物理层收发器KS8721
316ET1100与KS8721BL的接口电路
317直接I/O控制EtherCAT从站硬件电路设计
32基于LAN9252的EtherCAT从站硬件电路系统设计
第4章EtherCAT工业以太网主站
41EtherCAT主站分类
411概述
412主站分类需求规范
413功能包
42TwinCAT 3 EtherCAT主站
421TwinCAT 3概述
422TwinCAT 3编程
43IgH EtherCAT主站
431IgH EtherCAT概述
432IgH EtherCAT主站架构
433过程数据
434FMMU配置
435应用程序接口
436状态机
437获取软件
44SOEM EtherCAT主站
441SOEM EtherCAT概述
442SOEM的下载与使用
443SOEM源代码结构
444SOEM的应用
第5章EtherCAT开发前的准备——软件的安装
51虚拟机
511虚拟机的安装
512新建虚拟机
513虚拟机的设置
52Ubuntu
第6章基于ET1100的EtherCAT从站软件设计
61EtherCAT从站驱动和应用程序代码包架构
611EtherCAT从站驱动和应用程序代码包的组成
612EtherCAT通信协议和应用层控制相关的文件
62el9800applh
621TOBJ1601 的数据结构
622TOBJ1A00 的数据结构
623TOBJ1C12 的数据结构
624TOBJ6000的数据结构
625TOBJ6020 的数据结构
626TOBJ7010的数据结构
627TOBJ6411 的数据结构
628TOBJ8020 的数据结构
629TOBJF000 的数据结构
6210PDO映射对象（PDO Mapping Objects）
6211对象 0x1601（数字输出 RxPDO）
6212对象 0x1602（数字输出 RxPDO）
6213对象 0x1602（模拟输出 RxPDO）
6214对象 0x7010（数字输出对象）
6215对象 0x6411（模拟输出对象）
6216PDO（过程数据对象）映射对象0x1802
6217对象 0x1802（TxPDO 参数）
6218对象 0x1802（TxPDO 参数）的变量
6219对象0x1A00（数字输入TxPDO）
6220结构 sDITxPDOMap
6221对象 0x1A02（模拟输入 TxPDO）
6222对象0x6020（模拟输入对象）和条目
63el9800applc
631APPL_StopOutputHandler(void)函数
632APPL_GenerateMapping(UINT16* pInputSize,UINT16* pOutputSize)
633APPL_InputMapping(UINT16* pData)函数
634APPL_OutputMapping(UINT16* pData)
635APPL_Application(void)函数
636APPL_GetDeviceID()函数
637main(void)主函数
64ecatapplc
641PDO_InputMapping()函数
642PDO_OutputMapping()函数
643ECAT_CheckTimer()函数
644HandleBusCycleCalculation()函数
645PDI_Isr(void)函数
646Sync0_Isr(void)函数
647Sync1_Isr(void)函数
648MainInit(void)函数
649主循环处理函数MainLoop()
6410ECAT_Application(void)函数
6411PDI_Isr(void)函数
65ecatslvc
651StartInputHandler(void)函数
652检查配置的同步
653同步信号（Sync0和Sync1）的周期时间配置
654void AL_ControlInd(UINT8 alControl, UINT16 alStatusCode)
655StartOutputHandler(void)函数
656StopOutputHandler(void)函数
657StopInputHandler(void)函数
658ECAT_Init(void)函数
659ECAT_Main(void)函数
66mcihwh
661开关输入和LED输出的宏定义
662宏和条件编译指令
663宏定义和一个函数声明
664硬件定时器中断等宏定义
665全局变量和函数的定义
67mcihwc
671GPIO_Config(void)函数
672STM32硬件初始化函数HW_Init()
673HW_EcatIsr()函数
674Sync0Isr(void)函数
675Sync1Isr(void)函数
676APPL_1MsTimerIsr中断服务例程（ISR）
68COE_Main(void)函数（coeapplc）
第7章基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序设计
71EtherCAT从站驱动和应用程序包架构
711EtherCAT从站驱动程序代码包的组成
712EtherCAT通信协议和应用层控制相关的文件
72EtherCAT从站驱动和应用程序
721EtherCAT状态机转换头文件ecatslvh
722EtherCAT控制器中寄存器的地址和相关掩码头文件esch
723对象字典的结构体头文件objdefh
724从站驱动和应用程序初始化
725EtherCAT从站周期性过程数据处理
726EtherCAT从站状态机转换
73EtherCAT通信中的数据传输过程
731从站到主站的数据传输过程
732主站到从站的数据传输过程
第8章基于LAN9252的从站增加数字量和模拟量通信数据的方法
81EtherCAT从站驱动程序修改说明
811关于修改XML文件的简要说明
812数据映射关系
813增加数字量输入/输出（DI/DO）变量和模拟量输入/输出（AI/AO）变量的
相同点与不同点
82EtherCAT从站开发板上增加一个自定义的变量
821在索引号0x1A02的基础上增加一个16位整型的自定义AI变量
822修改XML文件中有关模拟量输入（AI）的部分
823修改STM32程序中有关模拟量输入（AI）的部分
824AI_16INT数据的EtherCAT通信测试
83EtherCAT从站增加数字量输入/输出（DI/DO）数据通信的方法
831EtherCAT从站增加数字量输入（DI）数据通信的方法
832EtherCAT从站增加数字量输出（DO）数据通信的方法
84EtherCAT从站增加模拟量输入/输出（AI/AO）数据通信的方法
841EtherCAT从站增加模拟量输入(AI)变量的方法
842EtherCAT从站增加模拟量输出（AO）通道的方法
843EtherCAT从站增加模拟量输出（AO）变量的方法
844将模拟量输出（AO）的数据通过模拟量输入（AI）进行读取
845模拟量输入/输出（AI/AO）的EtherCAT通信测试
第9章EtherCAT主站软件安装、从站开发调试及XML文件解析
91TwinCAT和网卡驱动安装
911主站TwinCAT的安装
912TwinCAT安装主站网卡驱动
92EtherCAT从站的开发调试
921烧写STM32微控制器程序
922在TwinCAT软件目录下放置XML文件
923建立项目
924向EEPROM中烧写XML文件
925在TwinCAT主站上与从站设备进行简单通信
93XML文件解析
931EtherCATInfo
932Vendor
933Descriptions
第10章基于IgH的EtherCAT主从站通信程序设计
101IgH EtherCAT主站的安装配置
1011虚拟机上的Linux系统与实体机上的Linux系统的区别
1012IgH EtherCAT Master概述
1013IgH EtherCAT Master的安装环境
1014修改Ubuntu的内核版本
1015IgH EtherCAT Master的安装
102IgH在Ubuntu操作系统下的编译说明
1021IgH配置库
1022IgH程序编译
1023IgH程序运行
103IgH主站获取从站信息
1031判断IgH主站是否与从站连接
1032获取从站的供应商ID和产品代码
1033显示PDO和映射信息
104EtherCAT主从站的数字量输入/输出（DI/DO）通信的实现
1041EtherCAT主从站的DI/DO通信程序设计
1042如何配置PDO实现主从站的DO通信
1043如何配置PDO实现主从站的DI通信
105EtherCAT主从站的模拟量输入/输出（AI/AO）通信的实现
1051EtherCAT主从站的AI/AO通信程序设计
1052如何配置PDO实现主从站的AI/AO通信
106EtherCAT主从站通信程序的运行结果
1061主从站的DI通信
1062主从站的AI/AO通信
107EtherCAT主从站通信程序设计关键点说明
1071PDO映射信息
1072同步管理器数组ec_sync_info_t
第11章基于SOEM的EtherCAT主从站通信程序设计
111Ubuntu操作系统的编译说明
1111安装SOEM主站
1112SOEM程序编译
1113SOEM程序运行
112SOEM主站获取从站信息
1121判断SOEM主站是否与从站连接
1122获取从站的PDO信息和映射信息
113EtherCAT主从站通信的实现
1131EtherCAT主从站的启动流程
1132EtherCAT主从站的DI/DO通信的实现
1133EtherCAT主从站的AI/AO通信的实现
114EtherCAT主从站通信程序的运行结果
1141SOEM主从站的DI通信
1142SOEM主从站的AI/AO通信
参考文献