以太網用于運動控制的三個原因

以太網正成為工業應用中日益重要的網絡。就運動控制而言，以太網、現場總線以及其他技術（如組件互連）歷來都是相互競爭的，用以在工業自動化和控制系統中獲得對一些苛刻要求的工作負載的處理權限。運動控制應用要求確定性（保證網絡能夠及時將工作負載傳送至預定的節點），這是確保位置保持所必需的，這進而又將確保驅動器的精確停止、適當的加速/減速以及其他任務。

標準的IEEE 802.3以太網從未達到這方面的要求。即使全雙工交換和隔離域淘汰了過時的CSMA/CD數據鏈路層，但它還是缺乏可預測性。此外，典型堆棧中的TCP/IP的高度復雜性并未針對實時流量的可靠傳送進行優化。因此，現場總線以及帶有基于ASIC的PCI卡的PC控制架構一直是常見的運動控制解決方案。
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以太網幀的概述：

以太網的幀是數據鏈路層的封裝，網絡層的數據包被加上幀頭和幀尾成為可以被數據鏈路層識別的數據幀（成幀）。雖然幀頭和幀尾所用的字節數是固定不變的，但依被封裝的數據包大小的不同，以太網的長度也在變化，其范圍是64～1518字節（不算8字節的前導字）。

/域

（Collision）：在以太網中，當兩個數據幀同時被發到物理傳輸介質上，并完全或部分重疊時，就發生了數據。當發生時，物理網段上的數據都不再有效。

域：在同一個域中的每一個節點都能收到所有被發送的幀。

影響產生的因素：是影響以太網性能的重要因素，由于的存在使得傳統的以太網在負載超過40%時，效率將明顯下降。產生的原因有很多，如同一域中節點的數量越多，產生的可能性就越大。此外，諸如數據分組的長度（以太網的比較大幀長度為1518字節）、網絡的直徑等因素也會影響的產生。因此，當以太網的規模增大時，就必須采取措施來控制的擴散。通常的辦法是使用網橋和交換機將網絡分段，將一個大的域劃分為若干小域。

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由于在這些接口上，數據的速率真正達到了10Gbps左右，因此對于測試的帶寬要求更高。雖然SFP+的規范中對于測試設備的帶寬要求在12GHz以上，但是考慮到示波器的頻響方式不同，以及現代的芯片比標準制定時都有更陡的邊沿，使用實時示波器進行測量時建議使用20GHz以上的帶寬。圖7.30是用實時示波器進行SFP+接口測試的例子。

為了提高數據速率，IEEE還在10G以太網的接口標準上提出了用4路10G信號傳輸40G以太網信號的標準，比如40GBase-KR4、40GBase-SR4、40GBase-LR4、40GBase-ER4、40GBase-CR4,如果采用光纖進行傳輸時可能采用的是QSFP+(QuadSmallForm-factorPluggable)的光模塊接口。QSFP+的光模塊電接口一側采用的標準和技術與相應的10G以太網接口類似，而40GBase-KR4也是用4對10Gbps的差分線同時傳輸實現40Gbps的傳輸速率。因此這些40G以太網的標準對于測試儀表的帶寬要求也與對應的10G接口要求類似，只不過要測試的端口數更多。對于采用了光口作為以太網信號傳輸的接口，如果還想進行光口的眼圖、抖動、消光比、光功率、波長等的測試，需要借助相應的光采樣示波器、光功率計等完成，可以參考后面關于光信號測試的章節

高速以太網

快速以太網：快速以太網（FastEthernet）也就是我們常說的百兆以太網，它在保持幀格式、MAC（介質存取控制）機制和MTU（比較大傳送單元）質量的前提下，其速率比10Base－T的以太網增加了10倍。二者之間的相似性使得10Base－T以太網現有的應用程序和網絡管理工具能夠在快速以太網上使用。快速以太網是基于擴充的IEEE802.3標準。

千兆以太網：

千兆位以太網是一種新型高速局域網，它可以提供1Gbps的通信帶寬，采用和傳統10M、100M以太網同樣的CSMA/CD協議、幀格式和幀長，因此可以實現在原有低速以太網基礎上平滑、連續性的網絡升級。只用于PointtoPoint，連接介質以光纖為主，比較大傳輸距離已達到70km，可用于MAN的建設。

由于千兆以太網采用了與傳統以太網、快速以太網完全兼容的技術規范，因此千兆以太網除了繼承傳統以太局域網的優點外，還具有升級平滑、實施容易、性價比高和易管理等優點。

千兆以太網技術適用于大中規模（幾百至上千臺電腦的網絡）的園區網主干，從而實現千兆主干、百兆交換（或共享）到桌面的主流網絡應用模式。

小知識：千兆以太網的優勢是同舊系統的兼容性好，價格相對便宜。在這也是千兆以太網在同ATM的競爭中獲勝的主要原因。
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10M 以太網

10Mbps以太網即標準以太網，由IEEE802.3定義，同一公共通信信道上的所有用戶共享這個帶寬，這個公共信道稱為總線。在交換式LAN中，每個交換式端口都是一個以太網總線，采用星型拓撲結構。這種連接方式下將有可能提供全雙工的連接，此時，將提供20Mbps的總帶寬。根據IEEE802.3的規定，10M以太網目前使用的線纜有：10Base-T雙絞線、10Base5粗同軸電纜以及10Base2細同軸電纜。10Base-T是目前使用為的一種以太網電纜標準。它具有一個優勢就是易于擴展，維護簡單，價格低廉，一個集線器加上幾根10Base-T電纜，就能構成一個實用的小型局域網（當然還得有計算機），10Base-T的缺點是：電纜的比較大有效傳輸距離是距集線器100m，即使是高質量的5類雙絞線也只能達到150m。3類到6類雙絞線在塑料外殼內均有這樣的四對線纜，區別主要在于類數越高的雙絞線，單位長度內的絞環數越多，擰得越緊，這使得5類或者6類雙絞線的交感更少并且在更長的距離上信號質量更好，更適用于高速計算機通信。各種設備需要使用具體的線纜連接起來。目前應用于各種網絡設備的接口可能使用雙絞線接口或光纖接口。雙絞線和光纖接口之間不能直接相連，必須使用光電轉換設備。
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確定性適用于運動控制應用

運動控制依賴于精確通信。這種精確性通過使用基于時隙的調度來支持，每個設備在調度策略中都有一個與其它設備進行通信的調度表。這些伺服驅動器和控制器計算出它們各自的時序，由此可計算出控制函數的ΔT值。但是，如果數據傳輸變得無法預測，則可能會丟失結果，因此需要確定性來確保環路的穩定性。

以太網能夠支持工廠中苛刻的運動控制應用

在某些情況下，通過直接集成于英特爾®芯片內的加速器電路在EtherNet/IP中實施IEEE1588，只是以太網解決方案用于強制確定性的一種常見機制。EtherCAT的高速實時處理是運動控制應用中如何實現始終如一的預測性能的另一個示例。EtherCAT突破了基于PCI的集中式通信的嚴格物理限制，即要求機器處理單元和伺服處理器之間可快速通信但需要保持短距離。 河北以太網測試價格優惠

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