邮箱网关 (Mailbox Gateway)
邮箱网关实现 ETG.8200 标准,允许外部诊断工具通过 UDP/IP 访问 EtherCAT 主站和从站的对象字典。MailboxGatewayService 是产品 API,由包 __all__ 导出,通过 master.mailbox_gateway 访问。
通过 master.mailbox_gateway 访问。
邮箱网关服务符合 ETG.8200 标准规范,使用标准 UDP 端口 0x88A4 (34980),帧结构完全符合 Table 1 要求。
服务控制
port
@property
def port(self) -> int
@port.setter
def port(self, value: int) -> None
UDP 端口号,默认 0x88A4 + (master_number - 1)(即 34980 + (主站编号-1))。启动后会更新为实际绑定的端口。
运行多个主站实例时,端口会根据 master_number(Initialize() 返回的主站编号,从 1 起)自动偏移,避免端口冲突:
- 主站 1:
34980(默认) - 主站 N:
34980 + (N - 1)
如需手动指定端口,在 start() 前设置 port 属性即可覆盖自动值。
端口号必须在服务启动前设置。服务运行时无法更改端口(运行中赋值抛 RuntimeError)。如果期望端口被占用,会自动回退到可用端口,port 会更新为实际值。
is_running
@property
def is_running(self) -> bool
服务是否正在运行。
start()
def start(self) -> None
启动邮箱网关服务,开始监听 UDP 请求。如果期望端口被占用,会自动尝试备用端口,最终由系统分配。
示例:
gateway = master.mailbox_gateway
gateway.start()
print(f"邮箱网关已启动,端口: {gateway.port}")
stop()
def stop(self) -> None
停止邮箱网关服务,释放 UDP 端口。停止后可再次调用 start() 重新启动。
示例:
master.mailbox_gateway.stop()
运行时统计
get_statistics() / reset_statistics()
def get_statistics(self) -> MailboxGatewayStats
def reset_statistics(self) -> None
get_statistics() 返回自启动以来的运行统计快照(逐包独立计数),reset_statistics() 清零计数并保留运行状态。
MailboxGatewayStats 字段(实例网关填充):
- 流量 —
rx_packets(int) — 只读 — 收到的 UDP 报文数 - 流量 —
rx_bytes(int) — 只读 — 收到的 UDP 字节数 - 流量 —
tx_packets(int) — 只读 — 发出的 UDP 报文数 - 流量 —
tx_bytes(int) — 只读 — 发出的 UDP 字节数 - 路由 —
master_od_requests(int) — 只读 — 主站对象字典请求数 - 路由 —
slave_requests(int) — 只读 — 从站邮箱请求数 - 丢弃 —
drop_malformed(int) — 只读 — 帧格式错误丢弃数 - 丢弃 —
drop_timeout(int) — 只读 — 无响应或超时丢弃数 - 状态 —
udp_port(int) — 只读 — 当前 UDP 端口 - 状态 —
is_running(bool) — 只读 — 服务是否正在运行
MailboxGatewayStats 另有 forwarded_ok / forwarded_failed / tcp_* / discovery_requests 等字段,由 master.native_mailbox_gateway(原生网关)路径填充,实例网关保持默认值 0。
支持的协议
| 协议 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| CoE | 0x03 | SDO 读写,支持主站(ETG.1510)和从站对象字典 |
| SoE | 0x04 | IDN 参数读写(ETG.1020 标准) |
| FoE | 0x05 | 文件下载(仅支持单包 Read) |
| VoE | 0x0F | 厂商特定协议透传 |
- Address =
0x0000→ 访问主站对象字典(仅 CoE) - Address = 从站站地址 → 透传到对应从站(CoE / SoE / FoE / VoE)
异步邮箱事务
2.5.x 新增 —
MailboxTransaction提供单次邮箱事务的真异步执行能力, 直连底层 G-5 异步 Worker (mbx_submit_async_by_master/mbx_wait_by_master/mbx_cancel_by_master/mbx_get_result_by_master)。适用于需要把整帧邮箱报文(含 6 字节 MbxHeader)投递并在不阻塞主循环前提下等待结果的场景。
MailboxTransaction 位于 darra_ethercat.abstractions 子包, 不在顶层 darra_ethercat 命名空间。常规 CoE/SoE/FoE 读写请优先使用 slave.coe / slave.soe 等协议接口, 本 API 面向自定义邮箱帧透传。
MailboxStatus 枚举
from darra_ethercat.abstractions import MailboxStatus
class MailboxStatus(IntEnum):
PENDING = 0 # 事务待执行
SUCCESS = 1 # 事务成功
TIMEOUT = -1 # 超时
CANCELLED = -2 # 被取消
MAILBOX_ERROR = -3 # 邮箱协议错误
PROTO_MISMATCH = -4 # 协议类型不匹配
COUNTER_FAIL = -5 # 邮箱计数器校验失败
WKC_FAIL = -6 # WKC 校验失败
NO_MEMORY = -7 # 内存不足
INVALID_ARG = -8 # 参数非法
NOT_IMPLEMENTED = -9 # DLL 未导出异步 API
MailboxTransaction
from darra_ethercat.abstractions import MailboxTransaction, MailboxStatus
txn = MailboxTransaction(dll, master_index=0, slave_index=1,
protocol_type=0x03, timeout_ms=5000)
参数:
dll(DarraCoreDLL) — 无默认值 — DLL 接口实例 (master._dll)master_index(int) — 无默认值 — 主站索引 (0-based)slave_index(int) — 无默认值 — 从站索引 (1-based)protocol_type(int) — 无默认值 —ECT_MBXT_*协议类型 (CoE=3, FoE=4, SoE=5, AoE=1, EoE=2, VoE=0x0F, FSoE=8)timeout_ms(int) — 默认5000— 事务超时(毫秒)
属性:
- 请求 —
request_frame(Optional[bytes]) — 读写 — 完整邮箱帧(含 6 字节 MbxHeader) - 请求 —
response_capacity(int) — 读写 — 响应缓冲容量(字节, 默认 1500) - 请求 —
timeout_ms(int) — 读写 — 事务超时(毫秒) - 响应 —
response_frame(Optional[bytes]) — 只读 — 成功后填充的响应帧 - 响应 —
response_length(int) — 只读 — 响应帧实际长度(字节, 含 MbxHeader) - 响应 —
response_counter(int) — 只读 — 响应帧邮箱计数器(低 3 位) - 状态 —
status(MailboxStatus) — 只读 — 事务当前状态 - 状态 —
error_code(int) — 只读 — 协议层错误码(0 表示无) - 状态 —
slave_index(int) — 只读 — 从站索引 - 状态 —
protocol_type(int) — 只读 — 邮箱协议类型 - 时间 —
submit_time(Optional[float]) — 只读 — 投递时间戳 (time.time()) - 时间 —
complete_time(Optional[float]) — 只读 — 完成时间戳
方法:
execute()— 返回MailboxStatus— 同步执行事务(内部走异步 Worker: submit → wait → get_result),返回最终状态cancel(ticket)— 返回MailboxStatus— 取消正在进行的异步事务(ticket 为 submit 返回的票据值,置 C 层 cancel_flag)
示例:
from darra_ethercat.abstractions import MailboxTransaction, MailboxStatus
# 构造一个 CoE 邮箱事务 (protocol_type=0x03)
txn = MailboxTransaction(master._dll, master_index=master.master_index,
slave_index=1, protocol_type=0x03)
# 整帧邮箱报文 (含 6 字节 MbxHeader, 自行按 ETG.1000.6 组装)
txn.request_frame = bytes(...)
status = txn.execute()
if status == MailboxStatus.SUCCESS:
print(f"响应 {txn.response_length} 字节: {txn.response_frame.hex()}")
else:
print(f"事务失败: {status.name} (error_code=0x{txn.error_code:04X})")
若底层 native 库未导出 G-5 异步 Worker, execute() 返回 MailboxStatus.NOT_IMPLEMENTED, 不抛异常。应用层据此判断是否可用。
帧结构
EtherCAT Header:
- Length: Mailbox Header + Data 的总长度
- Data Type: 固定为 0x05 (Mailbox communication)
Mailbox Header:
- Length: 邮箱数据部分长度
- Address: 0x0000=主站, 其他=从站站地址
- Type: 0x03=CoE, 0x04=SoE, 0x05=FoE, 0x0F=VoE
- Cnt: 邮箱计数器(1-7 循环)
完整示例
场景 A — 集成现有配置/调试工具
让第三方配置工具(或工程师工具)通过 UDP 访问主站/从站对象字典,无需修改被控设备固件。
场景 B — 自定义诊断或自动化脚本
通过脚本/服务定期采集从站参数、批量读取对象或执行远程配置。
场景 C — 远程监控与告警采集
把网关用于远程被动监控(周期性读取或订阅),并把关键数据汇报到集中监控系统。
启动网关
from darra_ethercat import EtherCATMaster, EcState
with EtherCATMaster() as master:
master.set_eni("config.deni")
master.set_network(r"\Device\NPF_{GUID}")
master.set_state(EcState.OP)
master.start()
# 启动邮箱网关(可选:自定义端口)
gateway = master.mailbox_gateway
# gateway.port = 12345 # 默认 34980 + (主站编号-1)(主站 1 为 34980),如需修改请在 start 前设置
gateway.start()
print(f"邮箱网关已启动,端口: {gateway.port}")
# PDO 自动在后台线程运行,网关在 OP 状态下提供邮箱服务
input("按回车停止...")
gateway.stop()
外部客户端
import socket
import struct
class MailboxGatewayClient:
"""ETG.8200 邮箱网关 UDP 客户端"""
def __init__(self, host: str = "127.0.0.1", port: int = 0x88A4):
self.addr = (host, port)
self.sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
self.sock.settimeout(3.0)
def build_frame(self, address: int, mb_type: int, mb_data: bytes) -> bytes:
"""组装 ETG.8200 邮箱网关 UDP 帧 (示例参考, 可按需重命名)"""
mb_len = len(mb_data)
ecat_len = 6 + mb_len
ecat_header = (0x05 << 12) | (ecat_len & 0x07FF)
frame = struct.pack('<H', ecat_header) # EtherCAT Header
frame += struct.pack('<H', mb_len) # Mailbox Length
frame += struct.pack('<H', address) # Address
frame += bytes([0x00]) # Channel + Priority
frame += bytes([mb_type << 4]) # Type
frame += mb_data
return frame
def send_request(self, address: int, mb_type: int, mb_data: bytes) -> bytes:
frame = self.build_frame(address, mb_type, mb_data)
self.sock.sendto(frame, self.addr)
resp, _ = self.sock.recvfrom(4096)
return resp
def coe_sdo_read(self, address: int, index: int, subindex: int) -> bytes:
"""CoE SDO Upload(读取对象字典)"""
co_data = bytearray(8)
co_data[1] = 0x20 # CoE Type: SDO Request
co_data[2] = 0x40 # SDO Upload (Read)
struct.pack_into('<H', co_data, 3, index)
co_data[5] = subindex
return self.send_request(address, 0x03, bytes(co_data))
def coe_sdo_write(self, address: int, index: int, subindex: int, value: bytes) -> bytes:
"""CoE SDO Download(写入对象字典)"""
co_data = bytearray(6 + len(value))
co_data[1] = 0x20 # CoE Type: SDO Request
co_data[2] = 0x20 # SDO Download (Write)
struct.pack_into('<H', co_data, 3, index)
co_data[5] = subindex
co_data[6:6+len(value)] = value
return self.send_request(address, 0x03, bytes(co_data))
def soe_read(self, address: int, idn: int, drive_no: int = 0, element: int = 0x05) -> bytes:
"""SoE Read(读取 IDN 参数)
element_flags: 0x00=Name, 0x01=Attribute, 0x02=Unit, 0x03=Min, 0x04=Max, 0x05=Value, 0x06=Default, 0x07=DataType
"""
soe_data = bytearray(4)
soe_data[0] = 0x01 # OpCode: Read
soe_data[1] = (drive_no << 3) | (element & 0x07)
struct.pack_into('<H', soe_data, 2, idn)
return self.send_request(address, 0x04, bytes(soe_data))
def soe_write(self, address: int, idn: int, value: bytes, drive_no: int = 0, element: int = 0x05) -> bytes:
"""SoE Write(写入 IDN 参数)"""
soe_data = bytearray(4 + len(value))
soe_data[0] = 0x02 # OpCode: Write
soe_data[1] = (drive_no << 3) | (element & 0x07)
struct.pack_into('<H', soe_data, 2, idn)
soe_data[4:4+len(value)] = value
return self.send_request(address, 0x04, bytes(soe_data))
def foe_read(self, address: int, filename: str) -> bytes:
"""FoE Read(从从站下载文件,仅支持单包)"""
name_bytes = filename.encode('ascii') + b'\x00'
foe_data = bytearray(5 + len(name_bytes))
foe_data[0] = 0x01 # OpCode: Read Request
foe_data[5:] = name_bytes
return self.send_request(address, 0x05, bytes(foe_data))
def voe_send(self, address: int, vendor_id: int, vendor_type: int, data: bytes) -> bytes:
"""VoE 发送/接收(厂商特定协议)"""
voe_data = bytearray(6 + len(data))
struct.pack_into('<I', voe_data, 0, vendor_id) # VendorID
struct.pack_into('<H', voe_data, 4, vendor_type) # VendorType
voe_data[6:6+len(data)] = data
return self.send_request(address, 0x0F, bytes(voe_data))
# --- 使用示例 ---
client = MailboxGatewayClient("192.168.1.100")
# CoE: 读取主站对象字典 (address=0x0000)
resp = client.coe_sdo_read(0x0000, 0x1018, 0x01)
print(f"主站 VendorID: {resp.hex()}")
# CoE: 读取/写入从站对象字典
resp = client.coe_sdo_read(0x03E9, 0x6040, 0x00)
client.coe_sdo_write(0x03E9, 0x6040, 0x00, struct.pack('<H', 0x0006))
# SoE: 读取从站 IDN 参数值
resp = client.soe_read(0x03E9, idn=32, drive_no=0, element=0x05)
# SoE: 写入从站 IDN 参数值
client.soe_write(0x03E9, idn=32, value=struct.pack('<I', 1000))
# FoE: 从从站下载文件
resp = client.foe_read(0x03E9, "firmware.bin")
# VoE: 厂商特定协议
resp = client.voe_send(0x03E9, vendor_id=0x00001164, vendor_type=0x0001, data=b'\x01\x02')
注意事项
默认网关是强透传的,允许网络访问主站和从站的全部对象字典。建议:
- 务必在受控网络中使用,或通过 IP 白名单 / VPN 隧道 限制访问
- 配合操作系统防火墙规则,仅放行可信来源 IP
- 生产环境中谨慎开启,避免暴露到公网
邮箱网关运行在独立线程,对主循环性能影响极小。但大量同步 SDO/邮箱操作仍可能影响总体延迟——请合理限制并发与速率。
从站请求按各协议接口的超时执行(FoE 文件下载 5 秒,VoE 收发 500 毫秒)。
协议详解
CoE (CAN over EtherCAT)
支持的操作:
- SDO Upload (0x40) - 读取对象字典
- SDO Download (0x20) - 写入对象字典
- SDO Abort (0x80) - 错误响应
错误码:
0x06020000- 对象不存在0x06010000- 不支持的访问0x06010002- 写保护0x05040001- 命令未实现0x08000000- 一般错误
SoE (Servo over EtherCAT)
支持的操作:
- IDN Read (0x01) - 读取 IDN 参数
- IDN Write (0x02) - 写入 IDN 参数
支持的元素:
- Value (0x05) - 参数值
- Name (0x00) - 参数名称
- Attribute (0x01) - 参数属性
- Unit (0x02) - 单位
- Min/Max (0x03/0x04) - 最小/最大值
- Default (0x06) - 默认值
- Data Type (0x07) - 数据类型
错误码:
0x8001- 服务不可用0x1001- 无效命令0x1009- IDN不存在0x3002- 无效数据大小0x7002- 写入失败0x8000- 一般错误
FoE (File over EtherCAT)
支持的操作:
- Read Request (0x01) - 文件下载请求(单帧 Data 返回)
- Error (0x05) - 错误响应
识别但未实现(返回 0x00008001):
- Write Request (0x02) - 文件上传准备
- Data (0x03) - 文件数据传输
- Ack (0x04) - 确认
当前限制:
- 仅支持单包文件传输(小文件,文件以单帧 Data 报文返回)
- 写会话与完整分段传输需要会话状态管理,尚未实现
错误码:
0x00008001- 无效操作码 / 未实现0x00008002- 文件未找到0x00008003- 非法文件名0x00008000- 一般错误
VoE (Vendor over EtherCAT)
帧格式:
- VendorID (4 bytes) - 厂商标识
- VendorType (2 bytes) - 厂商类型
- Data (n bytes) - 厂商特定数据
功能:
- 完整透传到从站 VoE 接口
- 自动处理请求/响应
- 支持任意长度数据
错误码:
0x0001- 服务不可用0x0002- 无效帧0x0003- 无响应0x0000- 一般错误
错误处理
| 协议 | 错误类型 | 错误码 | 说明 |
|---|---|---|---|
| CoE | 对象不存在 | 0x06020000 | 请求的对象或从站不存在 |
| CoE | 不支持的访问 | 0x06010000 | 协议类型不支持或从站无对应功能 |
| CoE | 写保护 | 0x06010002 | 尝试写入只读对象 |
| CoE | 命令未实现 | 0x05040001 | SDO 命令规范不支持 |
| CoE | 一般错误 | 0x08000000 | 其他处理错误 |
| SoE | IDN不存在 | 0x1009 | 请求的IDN参数不存在 |
| SoE | 写入失败 | 0x7002 | IDN参数写入失败 |
| FoE | 文件未找到 | 0x00008002 | 请求的文件不存在 |
| FoE | 非法文件名 | 0x00008003 | 文件名格式错误 |
| VoE | 无响应 | 0x0003 | 从站无VoE响应 |
限制
已实现功能
- CoE SDO 读写(对象字典访问)
- SoE IDN 参数访问
- FoE 单包文件下载(Read)
- VoE 厂商协议透传
- 主站对象字典访问
- 从站邮箱透传
- 错误处理和错误码映射
待实现功能
- FoE 写会话(上传)与分段传输(大文件)
- Address 映射表(+0x8000 虚拟映射)
- 多播/广播请求
- 会话状态管理