従来のEthernetは、次のようなワークフローに従います。
フレーム全体を受信 → CPUによる解析 → 応答を生成 → フレーム全体を送信
EtherCATは、LAN9252 内部で受信、処理、および転送を並行して実行します。
EtherCATシステムのブロック図
LAN9252 システムのブロック図：デュアルPHY + ESCカットスルー転送経路
（画像提供：Microchip）
技術的なヒント： ESC = EtherCATスレーブコントローラ（EtherCATサブデバイスコントローラとも呼ばれる）
Microchipの LAN9252 を例に説明します。周辺のサポート部品は、2チャンネルの絶縁用マグネティクス＋RJ45コネクタ、および25MHz基準水晶発振器です。
超低遅延の原理
フレームの「オンザフライモード」によるハードウェアパイプライン
EtherCATマスターは1つの長いEthernetフレームを送信し、このフレームは各スレーブステーションのPort 0に順次シリアルで入力されます。
フレームのビットストリームは、RJ45 → 絶縁用マグネティクス → LAN9252 のオンチップPHYを通り、ESCコアに入力されます。
Ethernetフレーム全体をバッファリングする必要はありません！ ESCハードウェアは、フレーム構造をビット単位で解析します。
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現在のスレーブに割り当てられた出力データセグメントを読み取る際、ハードウェアがデータを直接取得し、オンチップDPRAMに書き込みます。
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マスターにアップロードする入力データ用に確保された位置に到達すると、ハードウェアはローカルでサンプリングされたデータをDPRAMから取得し、それをフレームに挿入します。
変更されていない残りのビットストリームは、Port1のPHY、絶縁用マグネティクス、およびRJ45を介して、直ちに次のスレーブに転送されます。
これに対し、標準的なEthernetコントローラは、フレーム全体を受信してから、ソフトウェアによる解析のためにCPUに引き渡す必要があります。単一ノードの遅延は数十マイクロ秒からとなり、さらに大きなソフトウェアオーバーヘッドを伴います。
ブロック図内の2つの並列データフローは、ブロッキングなしで動作します
完全に独立した2つの信号経路があります。
- ネットワーク経路：RJ45 ↔ PHY ↔ ESC ↔ DPRAM（ハードウェアによる自律動作、MCUのリソースを占有しない）
- ローカル経路：DPRAM ↔ ローカルバス ↔ ローカルMCU
DPRAMは、Dual-Port RAM（デュアルポートRAM）の略です。ネットワークハードウェアとMCUは、DPRAMに並列にアクセスできます。一方がメモリを占有して他方のアクセスを妨げるような、キューイングによるボトルネックは発生しません。
EEPROMの役割（ブロック図の左上）
ESCの設定（FMMU、SyncManagerパラメータ）は、電源投入時に自動的に読み込まれます。MCUソフトウェアによるプロトコルの初期化は不要であり、起動時の遅延をさらに低減できます。
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Microchipの LAN9252
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その他のリソース
LAN9252 データシート
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