文献综述
现场总线，安装在制造区域内的一种过程装置，与控制室内的自动装置进行数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统[12]。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。以太网指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。与传统的现场总线相比，以太网现场总线具有性价比高、传输速度快、数据量大、可接入标准以太网等优点。因此以太网正在逐步成为人们首选的工业通信平台，同时在该平台上开发了许多专门针对工业通信要求的协议和解决方案。随着以太网技术的不断发展和广泛应用，工业各部门自动化程度的不断增加，对网络的性能也随之提出了更高的要求。
首先要求通信速率提高，以太网速率逐步从10M、100M提高到现在的1G，10G。速率的提高使得网络的负荷减轻，传输时滞减少， 网络碰撞的可能性也随之下降；此外，以太网的全双工通信方式也使得在两对双绞线上就可以实现同时发送和接收数据，并且两者不会发生冲突。随着新一次工业革命的到来，工业自动控制系统开始向分布式、智能化的实时控制方面发展，用户越来越迫切希望获取信息并及时的跟踪信息，此时通信技术成为了重中之重[1]。在这样的工业发展大背景下， 新的工业实时以太网进入工业自动化控制领域成为了必然。因此，采用工业以太网来实现现场控制变成了大势所趋。工 业 以 太 网 是 一 种 应 用 于 工 业 控 制 领 域 的 兼 容 普 通 以 太 网 标 准 IEEE802.3 的以太网技术[2][3]，其中两个关键技术是PROFINET IRT和EtherCAT。这两项技术主要应用于机器人，高性能PLC系统，电机控制系统这样的仪器和I/O系统中的设备。所有这些系统和设备的共同点是对低延迟，高更新速率和高吞吐量提出了挑战性的通信要求。针对这些系统和应用开发了EtherCAT和PROFINET IRT等一系列实时以太网协议。文献[1]中针对EtherCAT和PROFINET IRT进行了针对性的功能分析，并得出结论工业以太网EtherCAT具有高性能，高可靠性，低成本，配置简单，易于与普通以太网完全兼容的优势。但是正如论文[4]所指出的那样，两项技术还在继续发展中，未来前景都是值得我们期待的。但是就目前来看，基于EtherCAT灵活的拓扑结构、优异的实时性、良好的稳定性和较短的刷新周期，更适合于电机控制器联网控制的研究和分析，同时EtherCAT也已经成为了工业以太网的主流。
EtherCAT是由德国自动化控制公司BECKHOFF于2003年提出的，并在2007年成为国际标准，它是IEC61784-2 中定义的十五种实时以太网通信标准的一种[5],EtherCAT成为现场级超高速I/O网络，是其数据传输使用了移位同步方法的结果[6]。为了保持EtherCAT技术的国际领先地位和进一步推广，德国BECKHOFF自动化公司于2003年成立了ETG（Ethernet Technology Group）组织。目前，该组织已经在全球拥有超过一千个成员，使得EtherCAT技术得到了急速迅猛的发展，同时这些组织也已经推出一系列自己的产品。
随着我国科学技术发展水平不断提高，我们已经提出了2020年跻身“创新型国家行列”，2035年“创新型国家前列”的目标，在工业自动化控制设备领域，我们也需要高精度、高尖端的控制仪器。特别是我国的国防事业，通信行业，航天航空领域，以及核应用等所用设备的制造领域中，要求高效率，高实时性的工业控制。所以EtherCAT工业以太网就进入了我们的视野，需求也是与日俱增。[13]但是目前，国内基于ARM嵌入式EtherCAT市场国内企业缺乏话语权，基本被国外企业所占领。而且，国内基于ARM架构的嵌入式EtherCAT电机控制器联网控制的研究开发才刚刚起步，研究基于ARM的工业以太网EtherCAT网络通信控制电机比较新颖，具有重要的研究意义。国外很多的自动化控制公司起步较早，针对EtherCAT已经开发出了比较成熟的产品，例如美国NI公司、日本松下公司、库卡公司等自动化设备公司都已经推出了一大批支持EtherCAT的驱动设备，而与之形成鲜明对比的是我们国内只有少数企业有相关的产品，并且只有北京航天航空大学的数控实验室，成功将EtherCAT工业以太网成功应用于数控系统[7]；厦门大学基于AM3359的 EtherCAT从站的实现论文也采用AM3359实现从站[8][15]，但是软件跑的是裸机程序，没有与操作系统结合，不便于进一步扩展和推广。而且，随着我国经济的不断发展，综合国力不断提高，美国等发达国家对中国实行精密加工设备和技术出口上的各种严格管制，企图以此来制约我国制造业的发展。因此，独立自主得发展我国自己高精度，高尖端的实时工业自动化控制技术己变得迫在眉睫。本课题将重点研究网络通信的电机控制器设计，在高精度和高尖端的自动化工业控制领域具有很大的前景和研究意义。
本课题最终研究的电机控制器将应用于机器人的网络通信控制,目前机器人领域常用总线有CC-link,DeviceNet,DP,Profinet,EthernetIP,ModbusTCP,还有我们用的EtherCAT[14]。现在对于各种机器人的研究已经不仅仅是应用在传统的工业领域，而是快速扩展到人们日常生活的各个方面，包括医疗检测、地质勘探、幼儿教育、应急救援等。机器人在上述领域的不断普及，对人类日常生产生活的各各方面都产生了极大的促进作用。随着机器人技术的不断升级，人们发现其应用潜能远远超出了预期，机器人在很大程度上影响着新兴产业未来的发展[9]，所以进入21世纪后机器人技术的发展引起了全球化的高度重视。[10]国外的发达国家都开始致力于机器人技术的研究，美国提出并实施了“美国国家机器人计划”方案来大力发展机器人，欧盟也将“认知系统与机器人技术”的研究计划发布在其第七框架计划（FP7）中，像日本和韩国等亚洲国家也同样大力开展服务型机器人的研究，同时我国也将机器人事业作为重点课题进行开展，并将其列入国家自然科学基金和863专项计划中，由各国对机器人的重视程度可以看出其对未来产业的重大影响和国家经济建设的重要意义[11]。
参考文献
[1]任计羽,范永坤,熊皑.EtherCAT高性能从站的设计与实现[J].计算机应用,2014.
[2]IEC61158ed.4.Industrial Communication Networks - Fieldbus Specifications[S]. IEC 2007.
[3]IEEE 802.3-2005. Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) accessmethod and physical layer specifications[S]. IEEE 2005.
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