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1、 T/ZIIC 004-2021 中关村工业互联网产业联盟中关村工业互联网产业联盟 团体标准团体标准 Zhongguancun industrial Internet Industry Zhongguancun industrial Internet Industry AllianceAlliance Group standardGroup standard 并行 TSN 的 EtherCAT 通信规范 EtherCAT Communication Profile in Concurrent with TSN 2021-12-20 发布 2021-12-20 实施 中关村中关村工业互联网产业联
2、盟工业互联网产业联盟 发布发布 中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 I 目 次 前言.II 引言.I 1 术语与定义.1 1.1 定义.1 1.2 缩略语.1 2 范围.3 2.1 TSN 标准.3 2.2 EtherCAT 与 IEEE802.1 网络的结合.4 2.3 基本原理.4 3 并行 TSN 的 EtherCAT 通信规范 CP 12/3.5 3.1 总述.5 3.2 EtherCAT 设备协议中以太网协议字段和标识的运用.7 3.2.1 EtherCAT 设备协议（EDP）标识元素.7 3.2.2 EtherCAT 流量标识.8 3.2.3 Ethe
3、rCAT 网络标识.8 3.2.4 EtherCAT 数据流选择器.9 3.2.5 EtherCAT 网段和寻址的用法.9 3.3 以太网协议字段和 EAP 标识的运用.10 3.3.1 EtherCAT 自动化协议（EAP）标识元素.10 3.3.2 EtherCAT EAP 服务器标识.11 3.3.3 EtherCAT 数据流选择器.11 3.3.4 EAP 组.12 3.4 设置 EtherCAT 网段数据流适配器并集成至网桥的流程.12 中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 II 前 言 本标准分为3个部分：术语与定义 范围 并行TSN的通信规范CP12/
4、3 本标准起草单位：北京东土科技股份有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所 本标准主要起草人：薛百华、杨志家、汪扬 本标准为首次发布。中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 III 引 言 本标准是系列标准之一以便于工业控制系统中通信网络的运用。其间行规满足工业自动化市场的目标：以甄别实时以太网（RTE）的通信网络。其间行规致力于确定实时以太网RTE的范畴，避免不同通信网络实现版本之间的南辕北辙。且其间行规仅限于参考IEEE 802.3和IEEE 802.1标准，以构建工业应用的主干基础设施。在本文档中不涉及应用层。注意：目前并不存在唯一的IEEE 802.1标准。IE
5、EE 802.1标准委员会已经发布了该标准的多个版本，本文档所采用的乃是行业默认的IEEE 802.1标准。面向多种不同要素的异构网络需求控制器与控制器之间的工业通信，以及一组现场设备之间的通信只要采用以太网技术，便可一并运用IEEE 802.1技术。然后，这种技术打包也可能会不尽如人意导致工业通信自动化网络丧失其所需的“现场”特性，包括：-实时性-现场设备(例如：驱动器)的同步行动-高效、高频的微小数据记录的交换-可靠性与可得性。其间行规充分利用了确定的传输带宽和网络跨度，以改善以太网；并使得EtherCAT网段可适用化。中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 1
6、并行 TSN 的 EtherCAT 通信规范 1 术语与定义 1.1 定义 就本文档中的术语和定义，来自 IEC 61158 系列、IEC 61784 系列、ISO/IEC 8802-3、IEEE 802.1 系列，以及以下术语和定义。EtherCAT 网段 参照 CP 12/1 或 CP 12/2，连接的一组 EtherCAT 从站，其中一个从站能被连接至一个主站。IEEE 802 网络 在数据链路层连接局域网 LAN 或局域网 LAN 端点的通信设施。在 IEEE 802.1 规范中描述了网络元素（网桥）的转发流程。1.2 缩略语 就本文档中的术语，定义和缩略语，来自 IEC 61784-
7、2-12 条款 3,和 IEEE 802.1 系列。ADS Automation Device Specification 自动化设备规格 AoE ADS over EtherCAT EtherCAT 自动化设备规格 CP Communication Profile 通信行规 CPF Communication Profile Family 通信行规家族 DA Destination Address of an Ethernet frame 以太网帧的目的地址 DLS Data-Link Service(as a prefix)数据链路服务（作为前缀）EAP EtherCAT Automati
8、on Protocol EtherCAT 自动化协议 EDP EtherCAT Device Protocol EtherCAT 设备协议 FQTSS Forwarding and Queuing of Time-Sensitive Streams 时间敏感数据流的转发和队列 gPTP Generalized precision time protocol 广义精准时间协议 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 国际电工电子学会 I/O Input Output infrastructure of an automatio
9、n system 自动化系统的输入输出设施 ID Identification 标识 IPv4 Internet Protocol version 4 Internet 网络协议第四版 LAN Local Area Network 局域网 MAC Media Access Control 媒介访问控制 MIB Management Information Base 管理信息库 MSRP Multiple Stream Reservation Protocol 多数据流预留协议 n.a.Not applicable 不适用 中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 2 N
10、etID Network Identifier 网络标识 OUI Organizationally Unique Identifier 组织唯一标识 PDU Protocol Data Unit 协议数据单元 PhL Physical layer(typical used as a prefix)物理层（典型用于前缀）PHY Physical layer entity sublayer 物理层实体子层 PICS Protocol implementation conformance statement 协议实现一致性声明 PTP Precision time protocol 精准时间协议 R
11、S Reconciliation sublayer 协调子层 RT Real-time 实时 RTE Real-time Ethernet 实时以太网 SA Source Address of an Ethernet frame 以太网帧的源地址 SNMP Simple Network Management Protocol 简单网络管理协议 TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议 TSN Time Sensitive Networking 时间敏感网络 YANG A new description language for managed objec
12、ts 管理对象的一种新型描述语言 VLAN Virtual LAN 虚拟局域网 VID VLAN identifier 虚拟局域网标识 中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 3 2 范围 本标准规定的行规将EtherCAT主从设备纳入基于IEEE 802.1和IEEE 802.3的时间敏感网络（TSN）。其间文档不涉及服务和协议的定义。本标准的主题是 EtherCAT 和 TSN 之间的适配。注意到多个 TSN 端点位于同一个节点上。因此就某个专有应用，其数据流的基本处理不可能是单一的。现在可以在机器层使用 EtherCAT，并通过交换机连接多台机器。复杂的机器要求
13、内置更多的通讯设施。将 EtherCAT 网段集成到一个 TSN 网络中可以结合这两种技术。这无需改变 EtherCAT 的从站设备。两种技术的适配通过在 EtherCAT 的主站端的更新及对连接 EtherCAT 的交换机的适度扩展来实现。TSN 工作组设置在 IEEE802.1 工作组中，负责桥接网络。“桥接”一词用于标准的规范中，但更为大众的说法是“交换”。TSN 改善了帧在 IEEE 802 部分网络传输中的延迟性，并且没有因堵塞产生的损失。这意味着交换机世界的改变。然而，这并不会改变以太网网络的基本特征，例如每节点小数据量传输时效率低下，以及灵活却耗时而复杂的转发机制。在终端站点间用
14、 TSN 的桥接传输是通过“高速通道”（stream）实现的。IEEE802.1 标准中使用术语“talker”表示高速通道的发起者，术语“listener”表示高速通道接收者。高速通道使用单向的数据传输，数据可以从一个 talker 单向传输到一个或多个 listener。为了在 IEEE 802.1 网络中使用高速通道，需要一个高速通道标识。目标 MAC 地址和以太网帧的 VLAN 可用于标识高速通道。2.1 TSN 标准 TSN 工作组启动了多项与提升工业以太网解决方案相关的标准化项目。这些项目包括：提高同步性能（IEEE 802.1AS-REV）基于 IEEE 1588 标准，IEEE
15、 802.1AS 的早期版本已经为分布式时钟的计时定义了同步协议。这样有利于更好地集成到标准以太网环境中。然而却丢失了与其他的 1588 以太网行规的兼容性。新的版本将包含公认的 one-step 透明时钟。现阶段急需改善的是对错误情况的响应。新版本能够处理终端节点中不同时间域的问题。数据帧抢占优先（IEEE 802.1Qbu）时间关键信息的确定性传输的一个主要问题是同一网段上还有延时数据传输，其中单个数据帧长度可超过 1500 字节。采用帧的中断机制可以降低由于上述超长帧导致的延迟（IEEE 工作组在以太网项目 P802.3br 中定义）。最终，这种机制不仅需要新的网络组件，还需要终端站点集
16、成新的以太网 MAC（或者 NIC，网络接口控制器）。提升规划的通信（IEEE 802.1Qbv 和 IEEE 802.1Qch）发送操作的时间控制在 TSN 中至关重要。就像在实际道路上一样，在信息高速路上也可能会发生交通堵塞，即使是在有高优先级、实时数据和抢占优先权时，传输时间可能仍有一些偏差。由于时间敏感高速通道是周期性传输，所以在周期性通信之前，大部分不受干扰的通信可以通过阻塞对时间要求较低的数据来实现。周期性的规划（IEEE 802.1Qch）在每个循环周期中将时间关键信息仅转发给相邻设中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 4 备。如果级联深度较浅或者在单
17、个路径中循环调度的节点数目较少，则更加有效。该功能的实施无需配置工作。无缝冗余（IEEE 802.1CB）虽然国际标准已经提供了无缝冗余特定协议，比如高可用性、无缝冗余（HSR）或并行冗余协议（PRP），他们要求站间全部的数据交换专为冗余设计。IEEE 802 网络中的无缝冗余适用于单个关键数据高速通道。这将减少管理方面的开销。高速通道带宽预留（IEEE 802.1Qcc）在 IEEE 802.1（MSRP）中定义了受限于规划通信的“高速通道”预留协议。IEEE 802.1Qcc 被设计为对现有预留协议的扩展。因此清晰可见，仅扩展现有预留协议不能使 TSN 满足所有的扩展需求。在草案标准中建议
18、的不同的方法可以达到特定程度的性能。这包括从不能提供优化性能但可以提供更好的系统灵活性的分布式模型，到对高速通道的集中型配置（该方式可能会使一个优化的系统的灵活性受限，但是可会对自动化系统的配置有明显改善）。每个高速通道的过滤和管制（IEEE802.1Qci）专家们讨论的另外一个方面是如何减少错误响应节点带来的影响。为此，节点的进入侧（入口）必须监视每个高速通道上的链路通信量。如果消耗的带宽超过允许范围，将采取特定措施。2.2 EtherCAT 与 IEEE802.1 网络的结合 将 TSN 与经优化的以太网现场总线（如 EtherCAT）比较并不合适，因为 TSN 是附加于 best eff
19、ort 方式的交换机技术，它实现了 IT 数据流量和过程数据交换并满足中和的性能要求。但是，复杂机器对更高的带宽和控制系统的规模性的需求可能使其采用 TSN 作为主干技术的同时，与 EtherCAT 网段相结合。I/O 层的结构和性能与典型的交换式环境截然不同。最主要的不同之处在于通讯的主从方式，即一个控制单元（主站）和多个价格敏感的现场设备（如从站），每个设备的低数据量的实时数据通讯，以及菊花链型（总线型）拓扑结构。在主站和从站网段之间增加一个网络设施，它将物理上分离的网络转变为逻辑上分离的网络。这将使得主站设备具有更高的灵活性，同时它将保持确定的延迟和可预测的丢帧率。2.3 基本原理 Et
20、herCAT 与 TSN 集成的方式并不是简单地将两个技术混合，而是定义了一个无缝的适配，因此可以应用两种技术各自的优势。EtherCAT 基于 TSN 的高速通道概念，利用 TSN 中 talker 和 listener 之间一对一的关系。在主站和一个 EtherCAT 网段间至少要建立两个高速通道用于过程数据及其他重要信息的交换。一个从主站到从站网段及相反的方向；而另一对高速通道可以用于对一组 EtherCAT 从站进行控制来传输服务数据。这种通信可以有不同的传输特性并采用更低的优先级。更多的通信需求可要求另一对高速通道，如用于状态监控的数据采集。EtherCAT 的 TSN 行规描述了如
21、何在桥接网络中采用 TSN 高速通道传输完整的 EtherCAT 帧。对中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 5 于桥接的配置和其他桥接相关的服务功能可按照 TSN 的规定使用。对主站中的虚拟 EtherCAT 通道的基本要求包括有一个相对应 EtherCAT 从站网段的专用标识符，发送间隔和偏移量以及数据量。这些是主站上发送高速通道时需要定义的参数。从站网段的最大的延迟必须完成规划。EherCAT 网段的标识符将在 IEEE 802.1 网络中逻辑上独立的部分唯一定义（可以是一台机器或一组机器）。识别符是一个 12 位的值，它可以由位于高速通道中的或紧邻高速通道的
22、 EtherCAT 设备设置。在交换机连接 EtherCAT 网段的端口进行识别符的识别。更值得推荐的是在 IEEE 802 网络中采用VLAN 识别符作为网段识别。对高速通道的适配通过采用标识符来设置 TSN 所需的唯一高速通道目标地址。该寻址是从网段的标识符和高速通道选择器以及 EtherCAT 帧标识推演而来。映射原理很简单：EtherCAT 网段不会被 TSN 更改，TSN 网段也不会用于 EtherCAT 的数据处理。在这样的网络中也可以进行同步的操作，通过从 IEEE 802.1 的网络中向 EtherCAT 从站网段按照固定的时间间隔发送帧来实现。向 EtherCAT 网段发送的
23、时间由最差的延迟确定。TSN 允许分布在多个网段的同步操作，而无需在 EtherCAT 从站中附加特定功能。同步操作的质量取决于 TSN 时钟（IEEE 802.1AS）。在 EtherCAT 主站和第一个从站之间推荐采用可以提供 100 ns 级精确时间的桥接，从而保持具有高度精确度的网络。3 并行 TSN 的 EtherCAT 通信规范 CP 12/3 3.1 总述 行规 CP 12/3 是行规 CP 12/4 的子集。其间条款中的定义同样适用于 CPF 12/4。行规 CP 12/3 规定 IEEE 802.1 网络同 EtherCAT 的耦合。通过在 IEEE 802.1 网络和连接的
24、 EtherCAT组件之间引入数据流适配来实现耦合。该耦合体现在：IEEE 802.1 网络和与之连接的 EtherCAT 组件之间引入了数据流适配。EAP 已被定义用于 IEEE 802.1 网络，因此在该环境下使用 EAP 无需适配。参照CP 12/1和CP 12/2的设备网络也即是EtherCAT网段同IEEE 802.1网络之间的耦合，需要适配。该耦合模型描述了：EtherCAT 网段和 IEEE 802 网络之间数据流适配的交互，以及相关服务的映射(见图 1)。中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 6 图 1 EtherCAT 组建视图中的数据流 参照规格
25、 IEC 61158-3-12 和 IEC 61158-4-12，以及 IEC 61158-2 中类型 12 中的定义：要么，EtherCAT网段前面的数据流适配器位于 EtherCAT 网段的第一个从站，同时能连接至 EtherCAT 网段的一个网桥。要么，数据流适配器位于主站端；此时该主站正在使用多个 EtherCAT 网段或有另外的目的寻址的需要。为此，主站端的适配器在以太网接口顶端提供了更多的通道。该通道是连接 EtherCAT 网络的一个路径，或其他类型服务的一个实例（实现的方式方法）。就参照 IEEE 802.1 标准的数据流而言，是一个数据的单向流。数据流中的数据可以在数个周期中
26、以重复的方式，被反复发送。因而，不必要在每个周期中发送所允许的最大数据量。不存在特定的额外协议字段，被一般性地指定用于携带超出目的地址（DA）之外的数据流特定信息。任何允许虚拟局域网 VLAN 标签的周期性通信协议，都可以被映射为一个数据流。VLAN 标签在目的地址和源地址的后面，是以太网帧的一个扩展字段，带优先级和 VLAN 标识（详见 IEEE802.1Q 中条款 9）。依照不同的流量类别，数据流被捆绑在一起（发送或接受）。一个流量类别是一组数据流，在 VLAN 标签的优先级中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 7 字段中拥有某一专有值或一组特定值。注意：术语“
27、数据流”用于 IEEE 802.1（IEEE 802.1Qav）中具有流预留功能的时间敏感流的转发和排队，但也适用于具有周期传输特性的其他服务。EtherCAT 数据流是带有一个 EtherCAT 协议数据单元 PDU 作为负载的单向流。EtherCAT 双向主从通信需要至少两个数据流：一个从主站到从站数据流 0 或去程流，一个从从站到主站数据流 1或回程流。图 2 显示了信息流将桥接网络嵌入 EtherCAT 主站和从站网段之间。图 2 EtherCAT 周期 3.2 EtherCAT 设备协议中以太网协议字段和标识的运用 3.2.1 EtherCAT 设备协议（EDP）标识元素 Ether
28、CAT 网段没有强制的显式标识方案。标识由连接到从站网段的主站的物理以太网接口隐式地给出。参照 IEEE 802.1Q 标准（35.2.2.8.3），IEEE 802 网络通信要求每个数据流使用唯一标识符作为MAC 目的地址。MAC 地址为 6 个八比特组字段，用以特定方式满足标识需求。MAC 地址逻辑结构的各个部分如图 3 所示：为 EtherCAT 流量标识 为 EtherCAT 网段标识 中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 8 图 3 Ethernet 协议字段的数据流标识和用法 3.2.2 EtherCAT 流量标识 将 EtherCAT 数据流同非 Et
29、herCAT 数据流区分开来。MAC 地址前三个八比特组包含组织唯一标识符（OUI）由 IEEE 注册机构提供用于组织标识。EtherCAT 的 OUI 是 70-16-9F。此 OUI 应用于所有 EtherCAT 数据流的 MAC 目的地址。在一个 IEEE 802 网络，EtherCAT 从站网段的标识是唯一的。否则，地址重复会对一个数据流的请求导致多个响应。3.2.3 EtherCAT 网络标识 在一个 IEEE 802 网络，EtherCAT 网段的标识是唯一的。否则，地址重复会对一个数据流的请求导致多个响应。在 MAC 地址中用 12 位字段表示 EtherCAT 网段标识。Eth
30、erCAT 网段可用以下方式识别：在 IEEE 802 网络的边缘端口的标识分配（网桥连接到 EtherCAT 网段的网桥中的端口）在 EtherCAT 网段第一个从站的设备标识机制 由此，通过网络配置或者设置从站网络就可以完成标识。后一种情况意味着设备标识会被传输至数据流适配器，以便设置可行的发布订阅功能。边缘端口的标识可以通过不同方式，不过默认方式还是 IEEE 802.1Q 中定义的端口特定 VLAN 标识符（VID）。该端口 VID 是 EtherCAT 网段的标识符。其值用在 MAC 目的地址中的 EtherCAT 网段标识字段中，作为 MAC 源地址。IEEE 802.1Q 表 9
31、-2 的预留 VID 不得用于 EtherCAT 网段（值 0、1、2、中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 9 0 xfff）的标识。3 到 0 xffe 的数值用作 EtherCAT 网段标识符。注意 1:VID 值作为数据流标识，使得桥接网络中的逻辑隔离，由众所周知的概念成为可行的现实。端口 VID（PVID）有助于保护 EtherCAT 网段的端口，同其他流量隔离。在桥接网络中使用不同的速率，这一点很重要。PVID 的过滤功能允许删除该端口上的其他流量。比方说：假设在网桥层上1000BASE-X 连通，只有 PVID 所保护的 62,5s 或 125s 周期
32、的（流量），才被允许在 EtherCAT 中运用。注意 2:以 VID 值用于标识 EtherCAT 网段，不意味着会以一种特定的方式设置 VID 值.就 VID 值的设置而言，EtherCAT 设备标识描述的、系统认可有效的硬件，优先于软件设置的选择。3.2.4 EtherCAT 数据流选择器 操作 EtherCAT 网段需要多个数据流。数据流选择器用于处理这些数据流的差异。由主站发送至从站网段的数据流有一个偶数数据流选择器 x，而由从站网段发返回主站的对应数据流便有一个奇数数据流选择器 x+1。由此如图 4 所示，EtherCAT 数据流的 MAC 目的地址字段由三个八比特组的 Ether
33、CAT OUI 打头、一个八位的预留字节，和两个个 8 位字节的 EtherCAT 网段标识（设备标识/VID 占 12 位，数据流选择器占 4 位）。这六个八比特组的值都以十六进制表示。x=0:通用单个地址 yyy:网段 ID 用于单播通信 z:数据流选择器 x=1:通用组地址用于 TSN 数据流 图 4 EtherCAT 网段 MAC 层地址分配 3.2.5 EtherCAT 网段和寻址的用法 以太网 Ethernet 帧格式是参照 IEEE 802.1 和 EtherCAT 标准数据流通信为基础的。这种帧格式从未改变单个元素被分配给的不同协议标准使用。EtherCAT 前面的字段 Eth
34、erType（0 x88A4）应由桥接器组件来操作处理，并由发布者上的数据流适配器进行相应地设置。EtherCAT 和数据流之间的交互，由这两个协议的实例，以一种适当的方式，以唯一标识符来完成。流适配器需要一个系统认定有效的标识。该标识，通过 EtherCAT OUI 和 EtherCAT 网段标识符外加流标识符，被转换为一组 MAC 地址：16 个通用单个地址，用于识别来往 EtherCAT 网段之间的通信。中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 10 a)偶数选择器，被主站用作不同的源地址。b)奇数选择器，被主站用作单个目的地址，用于 EtherCAT 网段的响应
35、。16 个通用组（多播）地址，用于标识主进程数据流为多播（由主站接收：偶数流选择器，发送到主站：奇数流选择器）。a)返回主站的数据流选择器，由主站发送，以一为增量递增。b)主进程数据流使用流 0 和 1。流选择器 2 和 3 应预留用于邮箱通信。多达 6 个额外的多播地址对用于额外的数据流对。通用单个地址和偶数扩展的组地址可用作传入帧的筛选器。如果一个有效的 EtherCAT 帧与过滤的目的地址其一相组合，则该帧应转发至该 EtherCAT 从站。不得在数据流适配中修改 VLAN 标签。表 1 展示了这些组合，以及如何处理来往主站的帧地址。表 1 请求响应的可能组合 注释：EtherCAT 网
36、段 ID=AC0，v 为偶数，w=v+1，x 为偶数，y=x+1，00-12-34-45-67 为非 EtherCAT地址或 EtherCAT 网段 ID#AC0 的占位符 3.3 以太网协议字段和 EAP 标识的运用 3.3.1 EtherCAT 自动化协议（EAP）标识元素 EAP 使用 AoE NetID 作为过程数据帧源或目的标识，并用于邮箱通信（ETG.1005）。典型的推送数据交换模式可以周期性地提供过程信息。这种操作模式可以被映射到数据流上。EAP 允许 N：M 多对多连接，然而，这里是将其改造成N个1：M一对多的数流因为：参照IEEE 802.1Q标准（35.2.2.8.3），
37、中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 11 MAC 目的地址的标识需是唯一的。过程数据流具有唯一标识（发布者的 NetID），即 AoE NetID。EAP 同时也允许 Rx 接收过程数据。因此，为了支持其他配置选项，使用术语服务器 ID 取代发布者 NetID。这个概念的操作与 5.2 中所描述的 EtherCAT 网段寻址的方式方法是相同的。为满足 EAP 中的标识要求：6 个八比特组字段的 MAC 地址，用于以下特定方式：用于 EtherCAT 流量识别 用于 EtherCAT EAP 服务器标识 作为数据流选择器 EtherCAT 流量标识在 5.2.2.中
38、描述。3.3.2 EtherCAT EAP 服务器标识 EtherCAT EAP 服务器的标识在 IEEE 802 网络中应当是唯一的。EtherCAT EAP 服务器由一个或多个 6 字节 AoE NetID 表示。每个 6 字节 AoE NetID 组件包含一个路由实体，其最后两个八比特组全置为 1。数据流将默认转发过程数据到路由 AoE。AoE NetID 的前 4 个字节包含服务器的 IPv4 地址。IPv4 地址由网络标识符和主机标识符组成。子网掩码标记属于网络标识符的比特位：-网络标识符=子网掩码 AND IPv4 地址 -主机标识符=NOT(子网掩码)AND IPv4 地址 桥接
39、局域网 LAN 中的主机标识符需作为唯一地址。主机标识符在 EtherCAT 的默认映射是小于65536 的。该主机标识符用作 EtherCAT EAP 服务器标识。3.3.3 EtherCAT 数据流选择器 操作 EtherCAT EAP 服务器需要多个数据流。这些数据流的差异应由流选择器操作处理。从客户端发送至服务器的数据流（RxPDO）具有偶数数据流选择器 x，而从服务器返回客户端的数据流（TxPDO）有奇数流选择器 x+1。一个 EAP 实体定义了 16 个流选择器。因而，如图 5 所示，EAP 数据流 MAC 目的地址字段包括：三个 8 比特的 EtherCAT OUI 打头，一个
40、4 比特字段用于 EAP 数据流地址类型（值 1）的规格声明，一个 16 比特从 AoE NetID 提取的主机标识符，以及一个 4 比特数据流选择器。这 6 个八比特组的值以十六进制表示。中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 12 x=1:通用组地址 yyyy:用于 TSN 数据流的主机标识符 z:数据流选择器 图 5 EtherCAT EAP 数据流 MAC 层地址分配 3.3.4 EAP 组 多个 EAP 节点可以分组。可通过使用 VID 完成分组。组标识符有助于过滤该实体的专用帧，实现该组与其他节点之间的隔离。3.4 设置 EtherCAT 网段数据流适配器
41、并集成至网桥的流程 EtherCAT 网段的数据流适配器，可在网桥配置环境的管理功能中激活，是网桥端口的一种能力。一个有效的 EtherCAT 数据交换应由网桥初始化参照 IEEE802.1Q 表 8-1,8-2 and 8-3(MAC 地址 01-80-C2-00-00-0E)，设置网桥中的协议数据单元置目的地址为“单个 LAN 域组地址，最近网桥组地址”。具有这样一个目的地址的帧不应该采用网桥转发，从而避免因组件多个响应导致的网络洪泛而应该采用带位置寻址的 EtherCAT 服务参照 IEC 61158-3-12 定义的有效（例如：可读取）寄存器访问。参照 IEC 61158-3-12 的
42、广播服务，也可与有效寄存器访问一同使用。等待时间应大于 10 毫秒。传入帧应同传出帧一同被校验，包括类型、帧长、EtherCAT 报头和 EtherCAT 命令。服务确认应提供更改的工作计数器参数（定义在 EC 61158-3-12），作为 EtherCAT 服务处理的指标。如果 EtherType 类型不是 EtherCAT,传入帧将停止发现流程，直到该非 EtherCAT 帧的超时失效。如果检测到一个请求的多个 EtherCAT 响应，则该接口将被阻塞。有效响应的接收将触发下一阶段的操作，等待来自主站的 EtherCAT 帧。该帧将被转发，同时过滤功能被使能，以防止其他 EtherCAT
43、主站访问该 EtherCAT 从站网段。该行动过后，将建立一个隔离通道，允许以相同的方式逻辑操作该 EtherCAT 从站网段，就好像看起来该网段直接连接到了主站上一模一样。表 2 展示了一个检查 EtherCAT 从站网段的 EtherCAT 服务用例的行为序列。注意：如果 IEEE 802 网络中没有数据流资源分配也没有多播注册，建议使用单播地址选项。单播地址可以被网桥学习到。因此，避免了网络洪泛。中关村工业互联网产业联盟团体标准 T/ZIIC 004-2021 13 表 2 设置 EtherCAT 在多网桥中适配器的活动 从主站初始转发至从站网段，将触发从站网段至主站（实例）的分派。该
44、EtherCAT 网段被锁定到主站的 MAC 地址，该地址取自主站第一个帧的 MAC 源地址字段。其他的不同源地址的帧，在超时发生之前，是不会被接受的。进一步，来自主站的 EtherCAT 帧将重新触发看门狗。看门狗时间有 1 毫秒的时基，和 2000 的默认值。来自 EtherCAT 从站，并以单个 MAC 地址作为目的地址的帧，将其转发给交换 MAC 地址的主站。来自 EtherCAT 从站，并以目的地址作为 MAC 组地址的帧，将其转发给交换 MAC 地址的主站该主站的数据流选择器以一为增量递增，并且其 MAC 源地址被设置成源字段中的通用地址。其 VLAN 标签保持不变。VLAN 标签的优先级字段确定流量类别。过程数据的数据流被分配高优先级，紧随其后的是邮箱通信的流量类别。所有其他服务应置于默认流量类别中。主站/发布者应当限制不同数据流带宽的用法。当数据率发生变化或者 IEEE 802 网络的通信链路被占用，这时就需要存储和转发的能力意味着专用于数据流的充足缓冲资源。