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EtherCAT系列学习笔记-分布式时钟(DC)

2026-05-28 22:43:34

为什么需要DC？

一句话总结就是从站因为传输网络，都会有ms的延时，但是对于工业设备联动场景来说这种延迟都无法接受，因此需要进行时钟同步。就好比RTK的原理，主站计算误差，从站进行更新同步。

DC是如何解决问题？

完整流程

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│                      DC 同步完整流程                                         │├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│                                                                             ││   ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ ││   │                     阶段1: 测量传播延迟                               │ ││   │                                                                     │ ││   │   使用 ARMW 命令测量帧到达各从站的时间差                             │ ││   │                                                                     │ ││   │   帧 ──→ [从站1] ──→ [从站2] ──→ [从站3] ──→ 返回               │ ││   │         时间T1        时间T2        时间T3                            │ ││   │                                                                     │ ││   │   延迟计算:                                                          │ ││   │   - 从站1延迟 = T1 / 2                                             │ ││   │   - 从站2延迟 = (T2 - T1) / 2                                      │ ││   │   - 从站3延迟 = (T3 - T2) / 2                                      │ ││   └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ ││                                     ↓                                       ││   ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ ││   │                     阶段2: 计算时间偏移                               │ ││   │                                                                     │ ││   │   从站偏移 = 主站时间 - 从站本地时间 - 传播延迟                       │ ││   │                                                                     │ ││   │   公式:                                                             │ ││   │   offset = master_time - local_time - pdelay                       │ ││   │                                                                     │ ││   │   写入从站寄存器: DCSYSOFFSET                                       │ ││   └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ ││                                     ↓                                       ││   ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ ││   │                     阶段3: 配置同步脉冲                               │ ││   │                                                                     │ ││   │   设置 SYNC0/SYNC1 触发参数:                                       │ ││   │   - DCSTART0: 下次触发时间                                          │ ││   │   - DCCYCLE0: 触发周期 (如 1000μs = 1ms)                          │ ││   │   - DCCYCLE1: SYNC1 相对 SYNC0 的延迟                              │ ││   │   - DCSYNCACT: 激活标志                                             │ ││   │                                                                     │ ││   └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ ││                                     ↓                                       ││   ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ ││   │                     阶段4: 运行时同步                                 │ ││   │                                                                     │ ││   │   硬件自动完成（无需软件干预）                                      │ ││   │                                                                     │ ││   │   每个周期:                                                        │ ││   │   1. SYNC0 触发 → 从站读取编码器 → 写入 DPRAM                    │ ││   │   2. 收到主站 LRW 帧 → 使用最新数据                               │ ││   │   3. SYNC1 触发 → 可选的数据处理                                  │ ││   │                                                                     │ ││   └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ ││                                                                             │└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

DC相关寄存器

主站的配置代码

// ec_dc.c 第 250-428 行boolean ecx_configdc(ecx_contextt *context){    // 遍历所有从站    for (i = 1; i <= context->slavecount; i++)    {        if (context->slavelist[i].hasdc)  // 如果从站支持 DC        {            // 1. 读取各端口的时间戳            (void)ecx_FPRD(&context->port, slaveh,                           ECT_REG_DCTIME0, sizeof(ht), &ht, ...);  // Port 0 时间            (void)ecx_FPRD(&context->port, slaveh,                           ECT_REG_DCTIME1, sizeof(ht), &ht, ...);  // Port 1 时间            // ... 更多端口 ...            // 2. 计算入口端口（时间戳最小的端口）            entryport = 找到最小时间戳的端口();            // 3. 计算传播延迟            pdelay = ((dt3 - dt1) / 2) + dt2 + parent_pdelay;            // 4. 写入延迟到从站            (void)ecx_FPWR(&context->port, slaveh,                           ECT_REG_DCSYSDELAY, sizeof(ht), &ht, ...);            // 5. 计算并写入时间偏移            hrt = master_time - local_time - pdelay;            (void)ecx_FPWR(&context->port, slaveh,                           ECT_REG_DCSYSOFFSET, sizeof(hrt), &hrt, ...);        }    }}