通信类型
新手知识
EtherCAT 有两种通信方式：PDO（实时数据，如电机位置/速度）和 Mailbox（配置参数，如设置工作模式）。日常开发中 90% 的时间你在用 PDO。最推荐的 PDO 访问方式是结构体映射，性能最高、代码最简洁。
EtherCAT 提供两种主要的通信方式：过程数据通信 (PDO) 和 邮箱通信 (Mailbox)。
过程数据通信 (PDO)
PDO (Process Data Object) 是周期性实时数据，每个通信周期都会交换。
工作原理
RxPDO: 主站→从站 (控制命令： 目标位置、速度等) TxPDO: 从站→主站 (反馈数据： 实际位置、状态等)
PDO 特点
- 实时性 — 微秒级延迟
- 周期性 — 固定周期交换
- 确定性 — 通信时间可预测
- 高效 — 单帧可包含多个从站数据
- 数据量 — 小（几字节到几百字节）
PDO 映射配置
新手知识
PDO 映射 = 告诉从站"我需要哪些数据"。绝大多数情况下，你不需要手动配置——使用 DARRA 配置工具完成，或者 SDK 根据 ESI 文件自动配置。下面的手动配置仅供学习原理，可以跳过。
推荐方式
使用 DARRA EtherCAT Master Tools 配置 PDO 映射：
- 可视化 PDO 映射编辑器 — 图形化界面配置
- 导出配置文件 — 导出 DENI 配置文件用于生产环境
- 自动校验 — 检查配置有效性，避免手动出错
绝大多数用户使用工具配置即可。只有需要运行时动态修改 PDO 映射时，才需要手动编码。
手动配置 PDO 映射（进阶）
以下代码展示 PDO 映射的底层原理。通过 SDO 配置 RxPDO 映射（主站→从站）：
var slave = master.Slaves[0];
// 1. 禁用 RxPDO 映射（0x1600）
slave.CoE.SDOWrite(0x1600, 0x00, new byte[] { 0 });
// 2. 配置要映射的对象
slave.CoE.SDOWrite(0x1600, 0x01, BitConverter.GetBytes(0x60400010u)); // 控制字（0x6040，16位）
slave.CoE.SDOWrite(0x1600, 0x02, BitConverter.GetBytes(0x607A0020u)); // 目标位置（0x607A，32位）
slave.CoE.SDOWrite(0x1600, 0x03, BitConverter.GetBytes(0x60FF0020u)); // 目标速度（0x60FF，32位）
// 3. 启用 RxPDO 映射（写入映射对象数量）
slave.CoE.SDOWrite(0x1600, 0x00, new byte[] { 3 });
// 4. 将 PDO 映射分配到同步管理器 SM2
slave.CoE.SDOWrite(0x1C12, 0x00, BitConverter.GetBytes((ushort)0)); // 禁用 SM2 PDO 分配
slave.CoE.SDOWrite(0x1C12, 0x01, BitConverter.GetBytes((ushort)0x1600)); // 分配 RxPDO 0x1600 到 SM2
slave.CoE.SDOWrite(0x1C12, 0x00, BitConverter.GetBytes((ushort)1)); // 启用（1个PDO）
PDO 数据访问方式
方式一：结构体映射（推荐）
使用结构体直接映射 PDO 内存，零拷贝直读直写，性能最高。
定义 PDO 结构体
using System.Runtime.InteropServices;
// 输出 PDO 结构体（主站 → 从站）
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct ServoDriveOutputPdo
{
public ushort ControlWord; // 0x6040 控制字
public int TargetPosition; // 0x607A 目标位置
public int TargetVelocity; // 0x60FF 目标速度
}
// 输入 PDO 结构体（从站 → 主站）
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct ServoDriveInputPdo
{
public ushort StatusWord; // 0x6041 状态字
public int ActualPosition; // 0x6064 实际位置
public int ActualVelocity; // 0x606C 实际速度
}
使用结构体映射
// 获取从站
var slave = master.Slaves[0];
// 在循环外获取结构体映射引用（零拷贝，指向 IOmap 内存）
ref var inputs = ref slave.PDO.InputsMapping<ServoDriveInputPdo>();
ref var outputs = ref slave.PDO.OutputsMapping<ServoDriveOutputPdo>();
// 周期性控制循环
while (running)
{
// 读取输入 PDO
var currentPosition = inputs.ActualPosition;
var statusWord = inputs.StatusWord;
// 写入输出 PDO
outputs.ControlWord = 0x000F; // 使能
outputs.TargetPosition = 100000; // 设置目标位置
outputs.TargetVelocity = 3000; // 设置目标速度
// PDO 数据通过事件回调自动周期发送和接收
// master.Events.ProcessDataCyclicSync += (masterIndex) => { ... };
Thread.Sleep(0);
}
方式二：字节数组访问
直接访问原始字节数据。
// 读取输入 PDO 字节数组
byte[] inputs = slave.PDO.Inputs;
int position = BitConverter.ToInt32(inputs, 2); // 偏移 2 字节
// 写入输出 PDO 字节数组
byte[] outputs = new byte[slave.PDO.Outputs.Length];
Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes((ushort)0x0F), 0, outputs, 0, 2); // 控制字
Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(10000), 0, outputs, 2, 4); // 目标位置
slave.PDO.Outputs = outputs;
邮箱通信 (Mailbox)
Mailbox 是非周期性通信，用于配置和诊断。
Mailbox 特点
- 非周期性 — 按需通信
- 非实时 — 响应时间不确定
- 数据量大 — 可传输大量数据
- 协议多样 — 支持多种应用层协议
- 可用状态 — PREOP/SAFEOP/OP
SDO 读写（CoE 协议）
SDO 写入方式一：SDOWrite 按索引写入（推荐）
按索引 + 子索引写入字节数组，数值类型用 BitConverter 转成小端字节。
// 写入不同类型的参数
slave.CoE.SDOWrite(0x6060, 0x00, new byte[] { 8 }); // 设置工作模式（位置模式）
slave.CoE.SDOWrite(0x6040, 0x00, BitConverter.GetBytes((ushort)0x0006)); // 写入控制字
slave.CoE.SDOWrite(0x6081, 0x00, BitConverter.GetBytes(3000)); // 设置速度
slave.CoE.SDOWrite(0x6083, 0x00, BitConverter.GetBytes(1000000u)); // 设置加速度
slave.CoE.SDOWrite(0x1008, 0x00, Encoding.ASCII.GetBytes("MyDevice")); // 写入字符串
SDO 写入方式二：对象入口写入（索引器）
通过对象入口的 Bytes 属性或 SDOWrite 方法写入，适合按对象组织代码。
// 写入 ushort 值
ushort controlWord = 0x06;
slave.CoE[0x6040][0].Bytes = BitConverter.GetBytes(controlWord);
// 写入 int 值
int velocity = 3000;
slave.CoE[0x6081][0].SDOWrite(BitConverter.GetBytes(velocity));
// 写入字节数组
byte[] customData = new byte[] { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 };
slave.CoE[0x2000][0].SDOWrite(customData);
SDO 读取示例
// 类型化读取 GetValue<T>（推荐），转换失败返回类型默认值
byte mode = slave.CoE[0x6061][0].GetValue<byte>(); // 读取当前模式
ushort statusWord = slave.CoE[0x6041][0].GetValue<ushort>(); // 读取状态字
int position = slave.CoE[0x6064][0].GetValue<int>(); // 读取实际位置
string deviceName = slave.CoE[0x1008][0].GetValue<string>(); // 读取设备名称
Console.WriteLine($"工作模式: {mode}");
Console.WriteLine($"状态字: 0x{statusWord:X4}");
Console.WriteLine($"实际位置: {position}");
Console.WriteLine($"设备名称: {deviceName}");
Complete Access 批量读写
一次读写整个对象的所有子索引。
// 批量读取 RxPDO 映射对象 (0x1600)
byte[] pdoMapping = slave.CoE.SDORead(0x1600, 0, completeAccess: true);
// 解析数据
byte subindexCount = pdoMapping[0];
Console.WriteLine($"PDO 映射项数量: {subindexCount}");
其他 Mailbox 协议
除了 CoE（CANopen over EtherCAT）外，EtherCAT 还支持以下 Mailbox 协议：
| 协议 | 全称 | 用途 |
|---|---|---|
| SoE | SERCOS over EtherCAT | 用于 SERCOS 驱动器，通过 IDN 参数访问 |
| FoE | File over EtherCAT | 文件传输协议，用于固件升级、日志下载等 |
| EoE | Ethernet over EtherCAT | 以太网隧道协议，允许标准以太网通信 |
| VoE | Vendor over EtherCAT | 厂商自定义协议，用于特殊功能 |
| AoE | ADS over EtherCAT | ADS 协议，用于支持 ADS 的设备与系统通信 |
PDO vs Mailbox 对比
| 对比项 | PDO | Mailbox (SDO) |
|---|---|---|
| 用途 | 实时控制数据 | 配置和诊断 |
| 周期性 | 周期性 | 非周期性 |
| 实时性 | 微秒级 | 毫秒级 |
| 数据量 | 小（几字节到几百字节） | 大（可达数 KB） |
| 可用状态 | SAFEOP/OP | PREOP/SAFEOP/OP |
| 典型应用 | 位置控制、I/O 读写 | 参数设置、固件升级 |
| 访问方式 | 结构体映射、按名称 | 索引访问、类型化读取 |
混合使用场景
实际应用中，通常同时使用 PDO 和 Mailbox：
// ===== 1. 初始化阶段 - 使用 Mailbox 配置 =====
master.SetState(EcState.PreOp);
// 通过 SDO 配置驱动器参数
slave.CoE.SDOWrite(0x6060, 0x00, new byte[] { 8 }); // 位置模式
slave.CoE.SDOWrite(0x6081, 0x00, BitConverter.GetBytes(3000)); // 速度
slave.CoE.SDOWrite(0x6083, 0x00, BitConverter.GetBytes(1000000)); // 加速度
slave.CoE.SDOWrite(0x6084, 0x00, BitConverter.GetBytes(1000000)); // 减速度
// ===== 2. 运行阶段 - 使用 PDO 实时控制 =====
master.SetState(EcState.OP);
// 定义 PDO 结构体
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
struct DriveOutput
{
public ushort ControlWord;
public int TargetPosition;
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
struct DriveInput
{
public ushort StatusWord;
public int ActualPosition;
}
// 在循环外获取结构体映射引用（零拷贝，指向 IOmap 内存）
ref var outputs = ref slave.PDO.OutputsMapping<DriveOutput>();
ref var inputs = ref slave.PDO.InputsMapping<DriveInput>();
// 周期性控制循环
while (running)
{
// PDO: 实时数据交换（结构体映射，零拷贝高性能）
outputs.ControlWord = 0x000F;
outputs.TargetPosition = targetPosition;
// PDO 数据通过事件回调自动周期发送和接收
// master.Events.ProcessDataCyclicSync += (masterIndex) => { ... };
var position = inputs.ActualPosition;
var status = inputs.StatusWord;
// Mailbox: 偶尔读取诊断信息（非实时）
if (needDiagnostics && DateTime.Now - lastDiagTime > TimeSpan.FromSeconds(1))
{
var temp = slave.CoE[0x2205][0].GetValue<short>();
var voltage = slave.CoE[0x2206][0].GetValue<ushort>();
Console.WriteLine($"温度: {temp}°C, 电压: {voltage}V");
lastDiagTime = DateTime.Now;
}
Thread.Sleep(0);
}
性能对比与选择
PDO 访问性能
- 结构体映射 — 零拷贝直读直写（最快），适用场景： 高性能实时控制
- 按名称访问 — 需查表解析（较慢），适用场景： 动态访问、调试
- 字节数组 — 按偏移直接读写，适用场景： 底层控制
SDO 访问性能
- 类型化读取
GetValue<T>— 编码复杂度： 低，类型安全： 高 - SDOWrite 字节写入 — 编码复杂度： 中，类型安全： 中
- 按名称 — 编码复杂度： 低，类型安全： 高
最佳实践
PDO 使用建议
// ✅ 推荐：使用结构体映射进行实时控制
ref var pdo = ref slave.PDO.OutputsMapping<MyPdoStruct>();
pdo.Value = 100;
// ❌ 避免：在实时循环中使用字节数组拷贝
var outputs = slave.PDO.Outputs; // 会发生内存拷贝
outputs[0] = 100;
slave.PDO.Outputs = outputs; // 又一次内存拷贝
SDO 使用建议
// ✅ 推荐：写入用 SDOWrite 字节数组，读取用类型化 GetValue<T>
slave.CoE.SDOWrite(0x6081, 0x00, BitConverter.GetBytes(3000));
// ❌ 避免：在循环中频繁调用 SDO
while (running)
{
var param = slave.CoE[0x6081][0].GetValue<int>(); // ❌ 很慢！
// ...
}
// ✅ 正确：初始化时读取一次
var param = slave.CoE[0x6081][0].GetValue<int>();
while (running)
{
// 使用缓存的 param 值
}
结构体定义注意事项
// ✅ 正确：使用 Pack = 1 确保无填充字节
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct MyPdo
{
public ushort Value1; // 2 bytes
public int Value2; // 4 bytes
} // 总大小：6 bytes
// ❌ 错误：默认对齐会添加填充字节
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)] // 默认 Pack = 8
public struct BadPdo
{
public ushort Value1; // 2 bytes + 2 bytes 填充
public int Value2; // 4 bytes
} // 总大小：8 bytes（不匹配 PDO）