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DC 配置

什么是 DC？​

DC（分布式时钟）是 EtherCAT 的硬件级时间同步机制。它让网络中所有从站共享同一个时间基准，使各从站能在完全相同的时刻执行动作。

DC 对设备的好处
  • 多轴同步运动 — 所有伺服驱动器在同一时刻更新位置指令，消除轴间抖动，轨迹插补更平滑
  • IO 同步采样 — 所有输入输出在同一时刻，主站读取时数据一致，适合高速控制和测量
  • 精确 I/O 时间戳 — 输入数据带有硬件时间戳，主站可精确知道采样发生的物理时刻
  • 确定性输出 — 输出在固定时刻生效，不受 EtherCAT 帧到达时间的抖动影响，降低系统延迟和不确定性
相关页面
  • 单个从站的 DC 配置请参见从站 ConfigureDC() 方法
  • 周期配置请参考 配置
  • DC 同步监控请参考 主站诊断

主站级 DC 配置​

ConfigureDC()​

void ConfigureDC(uint32_t sync0CycleNs, uint32_t sync1CycleNs = 0);

为所有 DC 从站配置 DC 同步。所有参数单位：纳秒（ns）。默认自动完成：

  1. 传播延迟测量 — 读取各端口接收时间并计算延迟
  2. 偏移计算 — 基于传播延迟自动计算每个从站的相位偏移
  3. DC 应用 — 写入 SYNC0/SYNC1 周期和起始时间到各从站

参数:

  • sync0CycleNs (uint32_t) — SYNC0 周期（纳秒），0 表示禁用 DC
  • sync1CycleNs (uint32_t) — SYNC1 增量时间（纳秒），0 表示仅 SYNC0

示例:

// SYNC0 = 1ms，仅 SYNC0
master.ConfigureDC(1000000);

// SYNC0 = 1ms, SYNC1 = 500us
master.ConfigureDC(1000000, 500000);

// SYNC0 = 125us（WDK 驱动推荐）
master.ConfigureDC(125000);
推荐配置

125us 高性能配置（WDK 驱动推荐）：

master.LoopCycle(125000);
master.ConfigureDC(125000);

1ms 常规配置（通用场景）：

master.LoopCycle(1000000);
master.ConfigureDC(1000000);
  • SYNC0 与 LoopCycle — 应保持一致或为其整数倍，数据未到达的同步没有意义
  • 自动偏移（推荐） — 主站自动测量传播延迟并计算
  • 过采样例外 — Oversampling 设备中 SYNC0 < LoopCycle，需设备硬件和 PDO 映射专门支持
关于 SYNC1

SYNC1 是相对于 SYNC0 的增量时间。例如 SYNC0=1,000,000ns, SYNC1=500,000ns 表示 SYNC1 在每个 SYNC0 后 500us 触发。

从站级 DC 配置​

从站级 ConfigureDC() 支持 DcSyncMode 参数（通过 SlaveDC 命名空间实现），可对单个从站设置同步模式。

DcSyncMode 枚举：

enum class DcSyncMode : int {
    FreeRun = 0,       // 自由运行（无同步）
    SmSynchron = 1,    // SM 同步模式
    DcSynchron = 2,    // DC 同步（仅 SYNC0）
    DcSynchron01 = 3   // DC 同步（SYNC0 + SYNC1）
};
using namespace darra;
auto& s = master.GetSlave(1);

// 通过 SlaveDC 命名空间按同步模式配置
SlaveDC::ConfigureDC(s.Dll(), master.MasterNumber(), 1,
                      DcSyncMode::DcSynchron, 1000000);   // DC 同步 SYNC0 = 1ms
SlaveDC::ConfigureDC(s.Dll(), master.MasterNumber(), 1,
                      DcSyncMode::SmSynchron);               // SM 同步模式
SlaveDC::ConfigureDC(s.Dll(), master.MasterNumber(), 1,
                      DcSyncMode::FreeRun);                   // 禁用 DC 同步
与主站级配置的区别
  • master.ConfigureDC() — 一次性配置所有 DC 从站
  • SlaveDC::ConfigureDC() — 配置单个从站

仅在需要对个别从站设置不同参数时使用从站级方法。

从站级快捷方法​

auto& s = master.GetSlave(1);

// 设置单个从站的 DC 同步参数
s.ConfigureDC(1000000);                     // SYNC0 = 1ms
s.ConfigureDC(1000000, 500000);             // SYNC0 = 1ms, SYNC1 = 500us
s.ConfigureDC(125000, 0, 100000);           // SYNC0 = 125us, 手动偏移 100us

// 禁用 DC
s.DisableDC();

持续传播延迟测量​

EnableContinuousMeasurement()​

// 通过 SlaveDC 命名空间调用
SlaveDC::EnableContinuousMeasurement(dll, masterIndex, enable, intervalSec);

启用或禁用持续传播延迟测量（ETG.1500 5.13.2）。启用后主站定期重新测量传播延迟，适用于温度漂移等导致延迟变化的场景。

参数:

  • enable (bool) — true 启用，false 禁用
  • intervalSec (uint32_t) — 测量间隔（秒），0 表示使用默认间隔

示例:

// 每 60 秒重新测量
SlaveDC::EnableContinuousMeasurement(master.Dll(), master.MasterNumber(), true, 60);

// 禁用
SlaveDC::EnableContinuousMeasurement(master.Dll(), master.MasterNumber(), false);
备注

默认情况下 DC 偏移在 ConfigureDC() 时一次性计算。仅在长时间运行且环境温度变化较大时启用此功能。

传播延迟​

从站传播延迟​

auto& s = master.GetSlave(1);
int delay = s.PropagationDelay();
printf("从站 1 传播延迟: %d ns\n", delay);

同步窗口监控​

主站每秒自动检查各 DC 从站的时间偏差。当从站偏差超出阈值时触发 DCSyncLost 事件。

// 阈值配置
darra::set_sync_window_threshold(master, 500);  // 设为 500ns

// 事件：从站从"同步"变为"失同步"时触发一次（不重复触发）
master.Events().DCSyncLost = [](uint16_t mi, uint16_t si, int diff) {
    printf("从站 %d DC 同步丢失: 偏差 %d ns\n", si, diff);
};

GetMaxSyncDifference()​

// 通过 SlaveDC 命名空间调用
int SlaveDC::GetMaxSyncDifference(dll_t& dll, uint16_t mi);

获取所有 DC 从站中的最大时间偏差（纳秒）。

返回值:

  • int — 最大时间偏差（纳秒），失败返回 -1

示例:

int maxDiff = SlaveDC::GetMaxSyncDifference(master.Dll(), master.MasterNumber());
printf("最大同步偏差: %d ns\n", maxDiff);

IsAllSlavesInSync()​

// 通过 SlaveDC 命名空间调用
bool SlaveDC::IsAllSlavesInSync(dll_t& dll, uint16_t mi, int thresholdNs = 1000);

检查所有 DC 从站是否都在同步窗口内。

返回值:

  • bool — 所有从站同步返回 true

示例:

if (!SlaveDC::IsAllSlavesInSync(master.Dll(), master.MasterNumber()))
    printf("存在从站同步偏差过大\n");

ResetAllSyncWindowStats()​

// 通过 SlaveDC 命名空间调用
void SlaveDC::ResetAllSyncWindowStats(dll_t& dll, uint16_t mi);

重置所有从站的同步窗口统计（最大/最小时间差、超出同步次数等）。

示例:

SlaveDC::ResetAllSyncWindowStats(master.Dll(), master.MasterNumber());

从站同步窗口状态​

auto& s = master.GetSlave(1);

auto status = s.GetSyncWindowStatus();
if (status) {
    printf("从站 1 同步状态:\n");
    printf("  当前偏差: %d ns\n", status->DiffNs);
    printf("  最大偏差: %d ns\n", status->MaxDiffNs);
    printf("  最小偏差: %d ns\n", status->MinDiffNs);
    printf("  同步状态: %s\n", status->InSync ? "正常" : "异常");
    printf("  失步次数: %u\n", status->OutOfSyncCount);
}
单个从站

单个从站的同步窗口详细状态使用 slave.GetSyncWindowStatus()，包含 DiffNs、MaxDiffNs、MinDiffNs、InSync、OutOfSyncCount。

DC 同步丢失回调​

master.Events().DCSyncLost = [](uint16_t mi, uint16_t si, int diff) {
    printf("从站 %d DC 同步丢失: 偏差 %d ns\n", si, diff);
};

DC 漂移补偿​

EnableDriftCompensation()​

// 通过 MasterConfig 配置
auto& config = master.GetConfig();
config.DriftCompensation(bool enable, int32_t thresholdNs, int32_t gain);

启用或禁用 DC 漂移补偿。漂移补偿在主站侧持续修正系统时钟与 DC 参考时钟之间的偏差，防止长时间运行后同步精度下降。

参数:

  • enable (bool) — true 启用，false 禁用
  • thresholdNs (int32_t) — 触发补偿的偏差阈值（纳秒），偏差低于此值时不做修正，默认 1000ns
  • gain (int32_t) — 补偿增益，控制修正速率（值越大修正越快但可能引入振荡），默认 512

示例:

auto& config = master.GetConfig();

// 使用默认参数启用
config.DriftCompensation(true);

// 自定义参数：500ns 阈值，较低增益（更平滑的修正）
config.DriftCompensation(true, 500, 256);

// 禁用
config.DriftCompensation(false);

也可通过 SlaveDC 命名空间直接调用：

SlaveDC::EnableDriftCompensation(master.Dll(), master.MasterNumber(), true, 1000, 512);
推荐

对于长时间运行的系统（>24小时），建议启用漂移补偿。默认参数适合大多数场景，仅在需要更精细控制时调整阈值和增益。

完整示例​

125us 高性能（WDK 驱动）​

#include "ethercat.hpp"
using namespace darra;

int main() {
    try {
        EtherCATMaster master(dll);
        master.SetNetwork("\\Device\\NPF_{...}");
        master.Build();

        // 1. 配置周期 125us
        master.LoopCycle(125000);

        // 2. 配置 DC (SYNC0 = 125us)
        master.ConfigureDC(125000);

        // 3. 漂移补偿
        master.GetConfig().DriftCompensation(true, 1000, 512);

        // 4. 监听 DC 同步丢失
        master.Events().DCSyncLost = [](uint16_t mi, uint16_t si, int diff) {
            printf("从站 %d DC 同步丢失: %d ns\n", si, diff);
        };

        // 5. 切换到 OP
        master.SetState(EcState::OP);
        master.Start();

        printf("运行中... 按 Enter 停止\n");
        getchar();

    } catch (const ethercat::DarraException& e) {
        printf("错误: %s\n", e.what());
        return -1;
    }
    return 0;
}

持续测量与同步监控​

// 长时间运行：启用持续传播延迟测量（温度漂移补偿）
SlaveDC::EnableContinuousMeasurement(master.Dll(), master.MasterNumber(), true, 60);

// 同步窗口监控
if (!SlaveDC::IsAllSlavesInSync(master.Dll(), master.MasterNumber())) {
    int maxDiff = SlaveDC::GetMaxSyncDifference(master.Dll(), master.MasterNumber());
    printf("同步偏差过大: %d ns\n", maxDiff);
}

// 重置统计
SlaveDC::ResetAllSyncWindowStats(master.Dll(), master.MasterNumber());

1ms 常规配置​

EtherCATMaster master(dll);
master.SetNetwork("\\Device\\NPF_{...}");
master.Build();

// 配置 1ms 周期
master.LoopCycle(1000000);
master.ConfigureDC(1000000);

// 启用漂移补偿
master.GetConfig().DriftCompensation(true, 1000, 512);

// 切换到 OP
master.SetState(EcState::OP);
master.Start();

// 定期检查同步状态
for (int i = 1; i <= master.SlaveCount(); ++i) {
    auto status = master.GetSlave(i).GetSyncWindowStatus();
    if (status && !status->InSync) {
        printf("从站 %d 同步偏差: %d ns\n", i, status->DiffNs);
    }
}
CurrentDcSyncMode

CurrentDcSyncMode 通过 SlaveDC::GetCurrentDcSyncMode() 获取从站当前的 DC 同步模式。

主站 DC 时间查询​

主站提供两个只读接口查询 DC 时间和参考时钟信息：获取当前主站侧 DC 时间戳（用于日志关联、事件时间轴对齐），以及查询哪个从站被选为参考时钟源。

GetMasterDCTime()​

class EtherCATMaster {
public:
    uint64_t GetMasterDCTime() const;
};

获取主站当前的 DC 时间戳（纳秒），基准为 2000-01-01 00:00:00 UTC（EtherCAT DC 协议定义）。内部通过主站 DC 补偿后的本地时钟读取，精度与同步窗口阈值相关。

返回值:

  • uint64_t — 从 2000-01-01 起的纳秒数；主站未初始化或未启用 DC 时返回 0

示例:

using namespace std::chrono;

uint64_t dcNs = master.GetMasterDCTime();

// 转换为 time_point (2000-01-01 + dcNs)
constexpr auto ec_epoch = sys_days{2000y / January / 1};
auto tp = ec_epoch + nanoseconds{dcNs};

auto t = system_clock::to_time_t(system_clock::time_point{tp.time_since_epoch()});
std::cout << "DC 时间: " << std::put_time(std::localtime(&t), "%F %T")
          << " (+" << (dcNs % 1'000'000'000) << " ns)\n";

GetReferenceClockSlaveIndex()​

int GetReferenceClockSlaveIndex() const;

获取被选为 DC 参考时钟的从站索引。参考时钟通常是总线上第一个支持 DC 的从站，SDK 在 ConfigureDC() 时自动选择。

返回值:

  • int — 参考时钟从站索引（1 基）；无 DC 从站或未配置时返回 -1

示例:

int refSlave = master.GetReferenceClockSlaveIndex();
if (refSlave > 0) {
    auto& s = master.GetSlave(refSlave);
    std::cout << "参考时钟: 从站 " << refSlave
              << " (" << s.Name() << ")\n";
}
应用场景
  • 日志时间对齐: 将主站日志时间戳替换为 DC 时间，便于与从站侧硬件时间戳（如 IO 采样时间）精确关联
  • 事件时间轴: 报警、诊断、PDO 异常事件统一使用 DC 时间戳，便于多站点数据汇总分析
  • 参考时钟监控: 若参考时钟从站掉线，需手动触发 DC 重新配置
参考

ETG.1000 Part 4 §6.8.3 分布式时钟参考时钟机制; ETG.1020 §6.4。