EtherCAT 協定基本概念

EtherCAT 協定不需更改其基本架構，即可透過標準的乙太網路結構直接傳送資料。當主機控制器與附屬裝置均位於相同的子網 (Subnet) 上時，EtherCAT 協定將可取代乙太網路架構中的 Internet Protocol (IP)。

包含 EtherCAT 的乙太網路架構。

而資料則以「Process data object (PDO)」的形式，於主機與附屬裝置之間流動。對單一特定或多重附屬裝置來說，每組 PDO 均具有其位址，而此種「資料與位址」的整合並加上用於檢驗的作業計數器 (Working counter)，則構成了 EtherCAT 電報形式。單一乙太網路架構可包含多組電報 (Telegram) 形式，而針對 1 個控制週期，則需要多組架構維持所有電報。

資料轉換
透過某些即時協定，主機控制器將傳送資料封包，接著必須等待各個附屬節點編譯並複製處理資料。然而，由於主機控制器必須針對每組附屬節點，增加並管理特定的處理時間與抖動 (Jitter) 情形，因此極難以維持這種精確方式。
EtherCAT 技術則可快速處理每個乙太網路架構，進以克服這些系統限制。舉例來說，假設乙太網路架構為移動中的火車，則 EtherCAT 電報則為火車車廂。PDO 資料的位元數即為車廂中的乘客，可由合適的附屬裝置抽取或插入資料。整列「火車」將毫不停留的穿過所有附屬裝置，而末端附屬裝置將回轉此列火車，使其再次穿過所有的附屬裝置。

EtherCAT 的資料傳輸。

依此方式，當裝置 1 接收由主機所傳送的乙太網路封包時，將自動串流封包到裝置 2，其中封包讀取作業將僅發生數個毫微秒 (Nanosecond) 的延遲情形。由於封包持續於附屬裝置之間穿梭，因此可同時存在於多組裝置中。

這到底有何特別意義？我們以 50 組附屬裝置為例，並以不同資料傳送至各組附屬裝置。對非 EtherCAT 的建構來說，以上條件則必須傳送 50 個不同的封包。但是對 EtherCAT 架構來說，則僅是對所有附屬裝置傳送 1 個長形封包，而該封包即內含 50 組裝置的資料。然而，若所有附屬裝置均必須接收相同資料，則將僅傳送 1 個短封包。附屬裝置將於封包串流時讀取其相同部分，藉以最佳化資料的傳輸速度與頻寬。



高速效能

EtherCAT 是針對如控制的單點應用所設計，可達到高效能與高通道數的要求。由於附屬裝置可於相同架構中進行讀取作業，因此 EtherCAT 電報結構將針對分散式的 I/O 進行最佳化。

此外，系統將於硬體中進行完整的協定處理作業，因此將與協定堆疊 (Protocol Stack) 的執行時間、CPU 效能，或軟體建置作業毫不相關。以直接記憶體存取作業 (DMA) 為例，僅需佔用最小 CPU 資源，即可於網路介面卡與主機處理器/附屬 I/O 之間傳輸資料。同樣的，每個 NI 附屬裝置均將根據 PDO 傳輸與位址檢驗，使用其專屬的多種 Fieldbus Memory Management Unit (FMMU)。事實上，是由附屬裝置決定本身所適用的電報，而非主機代勞；因此可降低主機作業的複雜性，並釋出更多系統資源。