EtherCAT 是一种基于 IEEE 802.3 以太网的现场总线系统，由国际电工委员会 (IEC 61158) 进行了标准化。该技术由 EtherCAT 技术协会（一个由用户和供应商组成的国际社区）提供支持。该协议在运动和电机控制中尤为常用。EtherCAT 的主要优势是其支持要求数据更新时间短和通信抖动低的自动化应用。在 EtherCAT 协议中，EtherCAT 主站（之前英文为 Master）发送的帧经过每个从站节点（之前英文为 Slave）。每个 EtherCAT 从站设备在检测到寻址数据后便立即读取。然后，从站设备将数据插入帧中，然后将帧动态发送至下一个设备。段（或分支）中的最后一个从站节点检测到开放端口，便将报文发送回主站。EtherCAT 主站是段中唯一主动发送新 EtherCAT 帧的节点。该功能允许网络实现 90% 以上的可用网络带宽，同时防止不可预测的延迟，从而保证实时系统响应。EtherCAT 是使用 EtherType 标识符 (0x88A4) 传输的。

仅 EtherCAT 主站和最后一个从站在 LAN 上发送帧。主站的典型优化是使栈直接访问以太网 MAC 控制器，不仅绕过网络栈（就像基于原始以太网的 OPC UA Pub-Sub 一样），还绕过以太网驱动程序来直接或本地拥有整个以太网外设。Acontis [6] 和 IBV [7] 是提供此优化的栈提供商。图 2-4 展示了一个架构示例。

图 2-4 EtherCAT 主站软件架构 [6]

EtherCAT 是一种广泛部署的协议，许多平台上都有详细的基准测试 [8] [9] [10]。作为可实现目标的参考，达到的时钟同步通常声称低于 100ns，实际上为 ±20ns。测量时钟同步的方法通常是使用示波器查看每个从站节点上所需的 SYNC 输出并比较每次测量的偏移和抖动。SYNC 输出在逻辑上类似于从 TSN 时间同步 (IEEE 802.1AS) 中生成每秒 1 脉冲 (pps) 类型的引脚切换。图 2-5 展示了一个测量示例。

图 2-5 EtherCAT 时间同步测量示例 [10]

对于第二个关键时序指标，也就是将以太网帧精确地放置在线路上的能力，嵌入式处理器中的一些以太网 MAC（如米6体育平台手机版_好二三四 (TI) Sitara™）和诸如 Intel i210 的网络接口卡 (NIC) 添加了一个非 IEEE 功能，称为“时间触发发送”(TTS)。此功能允许在某个时间点（通常就在通信周期的开始）将以太网帧精确地放置在线路上。在 100Mbit/s（当今部署的典型 EtherCAT）下，精确度达到 +-40ns[5]。