GB/T 31230.6-2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第6部分：应用层协议规范

ICS25.040

■-■IU

N10(5B

中华人民共和国国彖标准

GB/T31230.6—2014

工业以太网现场总线EtherCAT

第6部分:应用层协议规范

IndustrialethernetfieldbusEtherCAT—

Part6:AlicationLayerprotocolspecification

2014-09-30发2015-04-01实施

GB/T31230.6—2014

目次

前言1

1范围1

1.1本部分与IEC标准的关系1

1.2概述1

1.3规范1

1.4一致性1

2规范性引用文件2

3术语、定义、符号、缩略语和约定2

3.1参考模型术语和定义2

3.2服务协议术语和定义3

3.3应用层定义4

3.4通用符号和缩写8

3.5附加的符号和缩略语9

3.6约定10

4应用层协议规范14

4.1工作原理14

4.2节点参考模型14

5FAL语法描述16

5.1编码原则16

5.2数据类型和编码规则16

5.3AR编码19

5.4SII编码24

5.5等时同步PDI编码29

5.6CoE编码31

5.7EoE编码71

5.8FoE编码80

6FAL协议状态机86

6.1总体结构86

6.2AP上下关系状态机(AP-Contextstatemachine)87

6.3FAL服务协议机(FALserviceprotocolmachine,FSPM)87

6.4应用关系协议机(ApplicationRelationshipProtocolMachines,ARPM)87

6.5DLL映射协议机(DLLmappingprotocolmachine,DMPM)147

参考文献148

图1特定字段的公共结构10

图2类型描述示例12

T

GB/T31230.6—2014

图3从站节点参考模型15

图4Time（）fDay的编码16

图5TimeDifference的编码17

图6AL控制请求结构19

图7AL控制响应结构20

图8AL状态变化结构22

图9PDI控制类型描述23

图10同步配置类型描述23

图11分布式时钟同步和锁存类型描述29

图12CoE—般结构31

图13SDO下载急送请求结构32

图14SDO下载急送响应结构34

图15SDO常规下载请求结构35

图16下载SDO段请求结构36

图17下载SDO段响应结构37

图18SDO上传急送请求结构38

图19SDO上传急送响应结构39

图20SDO常规上传响应结构40

图21上传SDO段请求结构41

图22上传SDO段响应结构42

图23中止SDO传输请求结构43

图24SDO信息服务结构45

图25获取（）D列表请求结构47

图26获取（）D列表响应结构48

图27获取对象描述请求结构49

图28获取对象描述响应结构50

图29获取条目描述请求的结构51

图30获取条目描述响应结构52

图31SDO信息错误请求结构54

图32EoE一般结构71

图33EoE时间戳结构72

图34EoEFragment请求结构73

图35SetTPParameter请求结构75

图36SetTPParameter响应结构76

图37SetAddressFilter请求结构77

图38SetAddressFilter响应结构79

图39FoERead请求结构80

n

GB/T31230.6—2014

图40FoEWrite请求结构81

图41FoEData请求结构81

图42Ack请求结构82

图43Error请求结构83

图44Busy请求结构85

图45协议机间的关系86

图46AR协议机87

图47ESM图88

表1PDU元素的描述示例11

表2属性描述实例12

表3状态机描述元素13

表4状态机元素的说明13

表5状态机中使用的约定13

表6位序列的传输语法17

表7Unsignedn数据类型的传输语法18

表8Integern数据类型的传送语法18

表9AL控制描述19

表10AL控制响应20

表11AL状态编码20

表12AL状态改变22

表13PDI控制23

表14PDI配置23

表15同步配置24

表16从站信息接口区域24

表17从站信息接口类别25

表18支持的邮箱协议类型25

表19类别类型25

表20String类别的结构26

表21General类别的结构26

表22FMMU类别的结构27

表23每个元素的SyncM类別的结构28

表24每个PDO的TXPDO和RXPDO类别的结构28

表25PDOEntry的结构28

表26分布式时钟同步参数30

表27分布式时钟锁存数据30

表28CoE元素32

m

GB/T31230.6—2014

表29SD()下载急送请求33

表30SD()下载急送响应34

表31SDO常规下载请求35

表32下载SDO段请求36

表33下载SDO段响应37

表34SDO上传急送请求38

表35SDO上传急送响应39

表36SDO常规上传响应41

表37上传SDO段请求42

表38上传SDO段响应42

表39中止SDO传输请求44

表40SDO中止代码44

表41SDO信息服务46

表42获取()D列表请求47

表43获取()D列表响应48

表44获取对象描述请求49

表45获取对象描述响应50

表46获取条目描述请求51

表47获取条目描述响应52

表48SDO信息错误请求54

表49紧急请求55

表50紧急错误代码55

表51错误代码56

表52诊断数据57

表53同步管理器长度错误57

表54同步管理器地址错误57

表55同步管理器设置错误57

表56通过邮箱进行RxPD()传输58

表57通过邮箱进行TxPD()传输58

表58RxPDO远程传输请求59

表59TxPDO远程传输请求59

表60命令对象结构60

表61对象字典结构60

表62对象代码定义61

表63基本数据类型区61

表64扩展数据类型区62

表65枚举定义63

IV

GB/T31230.6—2014

表66CoE通信区64

表67DeviceType65

表68ErrorRegister65

表69ManufacturerDeviceName66

表70ManufacturerHardwareVersion66

表71ManufacturerSoftwareVersion67

表72IdentityObject67

表73ReceivePDOMapping68

表74TransmitPDOMapping68

表75SyncManagerCommunicationType69

表76SyncManagerChannel0~3170

表77SyncManagerSynchronization70

表78InitiateEoE请求71

表79InitiateEoE响应72

表80EoEFragment请求73

表81EoE数据74

表82SetIPParameter请求75

表83SetIPParameter响应76

表84EoEResult参数77

表85SetAddressFilter请求78

表86SetAddressFilter响应79

表87FoERead请求80

表88FoEWrite请求81

表89FoEData请求82

表90Ack请求83

表91Error请求84

表92FoE的错误代码84

表93Eusy请求85

表94状态转换与本地管理服务89

表95ESM到DL的原语90

表96DL到ESM的原语90

表97应用到ESM的原语90

表98ESM到应用的原语90

表99ESM变量91

表100ESM宏92

表101ESM函数92

表102ESM状态表93

GB/T31230.6—2014

表103ESM函数112

表104邮箱处理程序向DL发出的原语112

表105DL向邮箱处理程序发出的原语113

表106协议处理程序向邮箱处理程序发出的原语113

表107邮箱处理程序向协议处理程序发出的原语113

表108应用向CoESM发出的原语114

表109CoESM向应用发出的原语115

表110CoESM状态表116

表111应用向EoESM发岀的原语131

表112EoESM向应用发出的原语132

表113EoESM状态表133

表114应用向FoESM发出的原语140

表115FoESM向应用发出的原语140

表116FoESM状态表141

VI

GB/T31230.6—2014

■ir■■i

刖吕

GB/T31230《工业以太网现场总线EiherCAT》分为以下6个部分：

——第1部分：概述；

——第2部分：物理层服务和协议规范；

——第3部分：数据链路层服务定义；

——第4部分：数据链路层协议规范；

——第5部分：应用层服务定义；

——第6部分：应用层协议规范’

本部分为GB/T31230的第6部分。

本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本部分由中国机械工业联合会提出。

本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。

本部分起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京仪综测业科技发展有限公司、西南

大学、上海自动化仪表股份有限公司、中科院(沈阳)自动化研究所、清华大学、北京航空航天大学、北京

交通大学、北京和利时系统工程有限公司冲科院计算所顺德分所、欧姆龙T业自动化公司、倍福北京分

公司、ETG中国。

本部分主要起草人:谢素芬、高镜媚、刘丹、刘枫、包伟华、杨志家、王雪、刘艳强、范瑜、罗安、陈冰冰、

李天兵、关鹏、范斌、程庚。

GB/T31230.6—2014

工业以太网现场总线EtherCAT

第6部分：应用层协议规范

1范围

1.1本部分与IEC标准的关系

GB/T31230的本部分依赖于IEC61158系列文件类型12中相对应的部分。

1.2概述

现场总线应用层(FAL)为用户程序提供一种访问现场总线通信环境的方法，FAL被当作相应的应

用程序之间的“窗口”。

针对EtherCAT现场总线的自动化环境和材料,本部分为应用程序之间基本时间关键及非时间关

键信息的交流提供公共要素。“时间关键”一词代表存在一个时窗，在此时窗内，要求完成一个或多个有

明确定义的指定动作。在时窗内没有完成指定的动作,有可能造成需要该动作的应用失败，甚至会影响

设备、厂房及人身安全。

本部分以一种抽象的方式定义由不同类型的现场总线应用层提供的外部可视的服务，含以下方面：

a)定义在通信应用实体间传送的应用层协议数据单元的抽象语法；

b)定义在通信应用实体间传送的应用层协议数据单元的传输语法；

c)定义通信应用实体间可视的应用服务行为的应用上下关系状态机；

d)定义通信应用实体间可视的通讯行为的应用关系状态机。

本部分的口的是为下列内容定义协议：

1)定义GB/T31230.5中定义的服务原语的wire-representation；

2)定义与传输相关的外部可视行为。

本部分规定IEC现场总线应用层的协议，并与OSI基本参考模型(GB/T9387)及()SI应用层结构

(GB/T17176)相一致。

包含在应用过程中的FAL应用实体(AE)提供FAL服务和协议。FALAE由一组面向对象的应

用服务单元(ASE)和一个管理AE的层管理实体(LME)组成。ASE提供操作一组应用过程对象

(APO)类的通信服务。在FALASE中有一个管理ASE,它能提供一组用于FAL类实例管理的通用

服务。

从应用的角度，尽管这些服务定义了请求和响应怎样被发布和传送，但它们都不包括关于请求和响

应中的应用发布和传送内容的规范。也就是，应用的行为方面没有被定义。只有对它们可以发送/接收

什么样的请求和响应进行了明确定义。这使得FAL用户在标准化这种对象行为时更具灵活性。除了

这些服务之外，在该部分中也定义了一些支持服务，以提供对控制操作的某些方面的FAL的访问。

1.3规范

本部分的主要目的是定义应用层协议的语法和行为，用于传送在GB/T31230.5中定义的应用层

服务。

本部分的另一个目的是为先前已有的工业通信协议提供升级路经。

1.4一致性

本部分不规定具体的设备或产品，也不具体限制T业自动化系统中的应用层实体的实现。

1

GB/T31230.6—2014

GB/T31230.5虽然没有与设备的一致性，然而，通过执行本部分可实现标准的一致性。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T9387（所有部分）信息技术开放系统互连基本参考模型

GB/T15272程序设计语言C

GB/T17176信息技术开放系统互连应用层结构

GB/T17966微处理器系统的二进制浮点运算

GB/T17967信息技术开放系统互连基本参考模型OSI服务定义约定

GB/T31230.3工业以太网现场总线EtherCAT第3部分:数据链路层服务定义

GB/T31230.5T业以太网现场总线EtherCAT第5部分:应用层服务定义

ISO/IEC8802-3信息技术系统间通信和信息交换局域网和城域网特殊要求第3部分:

带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）的访问方法和物理层规范（Informationtechnology-

Tclecommunicationsandinformationexchangebetweensystems—Localandmetropolitanareanet­

works—Specificrequirements—Part3:Carriersensemultipleaccesswitcollisiondetection(CSMA/

CD)accessmethodandphysicallayerspecifications)

IEEE802.1D,2004用于局域网和城域网的IEEE标准公共规范媒体访问控制(MAC)网桥

(IEEEstandardforlocalandmetropolitanareanetworks—Commonspecifications—Mediaaccesscon­

trol(MAC)Bridges；availableathttp://)

IEEE802.1Q,1998用于局域网和城域网的IEEE标准一虚拟桥接局域网(IEEEstandardfor

Localandmetropolitanareanetworks—VirtualbridgedlocalareanetworksBridges；availableatht­

tp://www.)

IETFRFC791因特网协议DARPA因特网程序协议规范(InternetProtocoldarpainternetpro­

gramprotocolspecification；availableat<>)

3术语、定义、符号、缩略语和约定

下列术语、定义、符号、缩略语和约定适用于本文件。

3.1参考模型术语和定义

3.1.1

对应(N)实体correspondent(N)-entities

对应AL实体correspondentAL-entities(N=7)[GB/T9387.1]

3.1.2

(N)实体(N)-entity

AL实体(N=7)AL-entity(N=7)[GB/T9387.1]

3.1.3

(N)层(N)-layer

AL层(N=7)AL-layer(N=7)[GB/T9387.1]

3.1.4

层管理layer-management[GB/T9387.1]

2

GB/T31230.6—2014

3.1.5

对等实体peer-entities[GB/T9387.1]

3.1.6

原语名称primitivename[GB/T9387.3]

3.1.7

AL协议AL-protocol[GB/T9387.1]

3.1.8

AL协议数据单元AL-protocol-data-unit[GB/T9387.1]

3.1.9

复位reset[GB/T9387.1]

3.1.10

路由routing[GB/T9387.1]

3.1.11

分段segmenting[GB/T9387.1]

3.1.12

(N)服务(N)-service

■4L服务(N=7)AL-service(N=7)[GB/T9387.1]

3.1.13

AL服务数据单元AL-service-data-unit[GB/T9387.1]

3.1.14

AL单工传输AL-simplex-transmission[GB/T9387.1]

3.1.15

AL子系统AL-subsystem[GB/T9387.1]

3.1.16

系统管理systems-management[GB/T9387.1]

3.1.17

AL用户数据AL-user-data[GB/T9387.1]

3.2服务协议术语和定义

3.2.1

接受者acceptor:GB/T17967]

3.2.2

不对称服务asymmetricalservice:GB/T17967]

3.2.3

证实(原语)confirm(primitive)

请求者.交付(原语)requestor.deliver(primitive):GB/T17967]

3.2.4

交付(原语)deliver(primitive):GB/T17967]

3.2.5

AL服务原语AL-service-primitive:GB/T17967]

3.2.6

AL服务提供者AL-service-provider:GB/T17967]

3

GB/T31230.6—2014

3.2.7

AL服务用户AL-service-user:GB/T17967]

3.2.8

指示(原语)indication(primitive)

接受者.交付(原语)acceptor.deliver(primitive):GB/T17967]

3.2.9

请求(原语)request(primitive)

请求者.提交(原语)requestor.submit(primitive):GB/T17967]

3.2.10

请求者requestor:GB/T17967]

3.2.11

响应(原语)response(primitive)

接受者.提交(原语)acceptor.submit(primitive):GB/T17967]

3.2.12

提交(原语)submit(primitive):GB/T17967]

3.2.13

对称服务symmetricalservice:GB/T17967]

3.3应用层定义

3.3.1

应用alication

生产或消费数据的函数或数据结构。

3.3.2

应用对象alicationobjects

通过网络间和网络设备内来管理和提供信息交换的运行时的多个对象类。

3.3.3

应用过程alicationprocess

网络上分布式应用的一部分，其在设备上可以确切寻址。

3.3.4

应用关系alicationrelationshi

在两个或多个应用实体调用间，为了交换信息和协调运行而形成的合作关系。这种关系可通过交

换应用协议数据单元或预配置活动来激活。

3.3.5

属性attribute

对象的外部可见的特征或特性的描述。

注：对象的属性包含对象的变量部分信息。通常情况下，它们提供状态信息或监管对象的操作。属性也可能会影

响对象的行为。属性分为类属性和实例属性。

3.3.6

基本型从站basicslave

只支持数据物理寻址的从站设备。

3.3.7

行为behavior

一个对象如何响应特定事件的表现。

4

GB/T31230.6—2014

3.3.8

比特bit

由1和0组成的信息单元,是可发送的最小数据单元。

3.3.9

通道channel

表示从站的单个物理或逻辑管理对象，用于控制数据的传送。

3.3.10

客户机client

a)使用另一个对象的服务来执行任务的对象；

b)服务器所响应的消息的发起者。

3.3.11

时钟同步clocksynchroizalion

时间主站发起一系列交互来同步所有时间接收器的时钟。

3.3.12

通信对象communicationobject

通过网络管理和提供信息交换的运行时的组件。

3.3.13

连接connection

在相同或不同设备中的两个应用对象之间的逻辑绑定。

3.3.14

消费consume

从提供者接收数据的行为。

3.3.15

消费者consumer

从提供者接收数据的节点或汇点(sink)。

3.3.16

传输路径conveyancepath

APDU通过应用关系的单向流。

3.3.17

周期cyclic

以定期和重复模式进行重复的事件。

3.3.18

数据data

泛指现场总线上传送的任何信息。

3.3.19

数据一致性dataconsistency

实现客户机与服务器之间及其内部对输入输出数据对象的一致性传输和访问的方法。

3.3.20

数据类型datatype

某种数据类型的值与编码之间的关系，符合IEC61131-3。

3.3.21

数据类型对象datatypeobject

在对象字典中指示为数据类型的条目。

5

GB/T31230.6—2014

3.3.22

默认网关defaultgateway

至少有两个接口在不同的IP子网，并作为子网路由器的设备。

3.3.23

设备device

连接到至少由一个通信部件（网络部件）组成的现场总线的物理实体，并且该物理实体可能包含一

个控制部件和/或一个终端部件（变送器,执行器等）。

3.3.24

设备行规deviceprofile

设备相关信息以及提供相似设备间的兼容性的功能的集合。

3.3.25

诊断信息diagnosisinformation

在服务器上出于维护目的的所有可用的数据。

3.3.26

分布式时钟distributedclocks

同步从站并维持一个全局时基的方法。

3.3.27

误差error

由计算、观察或测量而来的值或状态与指定或理论上正确的值或状态之间的差异。

3.3.28

错误类errorclass

相关错误定义与对应错误码的通用类。

3.3.29

错误码errorcode

在一个错误类中一个特定类型错误的标识。

3.3.30

事件event

状态发生变化的实例。

3.3.31

现场总线内存管理单元fieldbusmemorymanagementunit

现场总线内存管理单元拥有在逻辑地址和物理内存间建立一个或多个对应关系的功能。

3.3.32

现场总线内存管理单元实体fieldbusmemorymanagementunitentity

现场总线内存管理单元的单个元素：一个连贯的逻辑地址空间和一个连贯的物理内存位置之间的

对应关系。

3.3.33

帧frame

DLPDU的同义语。

3.3.34

完整型从站fullslave

同时支持数据的物理寻址和逻辑寻址的从站设备。

6

GB/T31230.6—2014

3.3.35

索引index

在应用进程中一个对象的地址。

3.3.36

接口interface

由功能特性、信号特性或其他合适的特性划分的两个功能单元之间的共享边界。

3.3.37

小端模式littleendian

一种数据表示方法，对于大于8位的数，先发送低8位。

3.3.38

主站master

控制网络上的数据传送，通过发送报文来初始化对从站的媒体访问，并构成控制系统的接口的

设备。

3.3.39

映射maing

两个对象间的对应关系，使得一个对象成为另一对象的一部分。

3.3.40

映射参数maingparameters

用于定义应用对象与过程数据对象之间通信的一组值。

3.3.41

媒体medium

在两点或多点间传输通信信号的电缆、光纤或其他介质。

3.3.42

扌良文message

用于传送信息的一系列有序的八位位组’

注：通常用于在应用层对等实体之间传递信息。

3.3.43

网络network

所有的媒体、连接器、中继器、路由器、网关和相关节点通信部件，用以实现一组通信设备互连。

3.3.44

节点node

a）出现在一个本地链路上的单个DL实体；

b）一个网络的链路端点或两个及以上链路的交点[见IEC61158-2].

3.3.45

对象object

设备内某一特定组件的抽象描述。

注：一个对象可以是：

a）—个设备能力的抽象描述，它由以下任一或所有部分组成：

1）数据（随时间改变的信息）；

2）组态（行为的参数）；

3）方法（用数据和组态可以做的事情）；

b）相关数据（以变量的形式）利操作这些数据的方法（程序）的集合。这些方法具有明确定义的接口和行为。

7

GB/T31230.6—2014

3.3.46

对象字典objectdictionary

通过包含数据类型对象、通信对象和应用对象描述的索引和子索引寻址的数据结构。

3.3.47

过程数据processdata

以测量和控制为目的的数据对象，其中包含指定周期传输或非周期传输的应用对象。

3.3.48

过程数据对象processdataobject

通过包含一个或多个过程数据实体的映射参数来描述的结构。

3.3.49

生产者producer

向一个或多个消费者发送数据的节点或源。

3.3.50

资源resource

处理能力或信息容量。

3.3.51

段segment

现场总线被其特性阻抗终止的主干电缆段。

3.3.52

服务器server

为另一个（客户机）对象提供服务的对象。

3.3.53

服务service

对象和/或对象类的执行是建立在另一个对象和/或对象类的请求基础上的操作或功能。

3.3.54

从站slave

只有在被主站或前面的从站启动后，才能执行媒体访问的DL实体。

3.3.55

子索引sub-index

在对象字典中的一个对象的子地址。

3.3.56

同步管理器syncManager

控制单元的集合，用来协调对同时使用的对象的访问。

3.3.57

同步管理器通道syncManagerchannel

用来协调对同时使用的对象的访问的单个控制单元。

3.3.58

交换机switch

在IEEE802.1D中定义的MAC桥。

3.4通用符号和缩写

AL:应用层（作为前缀）［Applicationlayer（asaprefix）］

ALE：应用层实体（应用层的本地活动实例）［AL-entily（thelocalactiveinstanceoftheapplication

8

GB/T31230.6—2014

layer)]

AL:应用层(AL-layer)

APDU:应用层协议数据单元(AL-protocol-data-unit)

ALM：应用层管理(AL-management)

ALME：应用层管理实体(AL管理的本地活动实例)[AL-managementEntity(thelocalactivein­

stanceofAL-management)]

ALMS：应用层管理服务(AL-managementservice)

ALS：应用层服务(AL-service)

ALSDU:应用层服务数据单元(AL-service-data-unit)

DL:数据链路层(Data-link-layer)

FIFO：先进先出(队列方式)[First-infirst-out(queuingmethod)]

OSI：开放系统互连(Opensystemsinterconnection)

PhL：物理层(Ph-layer)

QoS：服务质量(Qualityofservice)

3.5附加的符号和缩略语

ASE：应用服务元素(Applicationserviceelement)

AR：应用关系(Applicationrelationship)

CAN:控制器局域网(ControllerAreaNetwork)

CiA：自动化中的CAN(CANinautomation)

CoE：基于EtherCAT服务的CAN应用协议(CANapplicationprotocoloverEtherCATservices)

CSMA/CD:带冲突检测的载波监听多路访问(Carriersensemultipleaccesswitcollisiondetec­

tion)

DC：分布式时钟(Distributedclocks)

DNS：域名服务器(IP网络中用于名称解析的服务器)[Domainnamesystem(serverfornameres­

olutioninTPnetworks)]

E2PR()M:电可擦可编程只读存储器(Electricallyerasableprogrammablereadonlymemory)

EoE：基于EtherCAT服务的以太网隧道(EthernettunneledoverEtherCATservices)

ESC：EtherCAT从站控制器(EtherCATslavecontroller)

FCS：帧校验序列(Framechecksequence)

FMMU:现场总线内存管理单元(Fieldbusmemorymanagementunit)

FoE：基于EtherCAT服务的文件访问(FileaccesswitEtherCATservices)

HDR：帧头(Header)

ID：标识符(Identifier)

IETF:因特网工程任务组(Internetengineeringtaskforce)

IP：因特网协议(Internetprotocol)

LAN:局域网(Localareanetwork)

MAC：媒体访问控制(Mediumaccesscontrol)

OD：对象字典(Objectdictionary)

PDI：物理设备内部接口[允许DL用户访问DL服务的一组元素)(Physicaldeviceinternal

interface(asetofelementsthatallowsaccesstoDLservicesfromtheAL)]

PD()：过程数据对象(Processdataobject)

RAM：随机存取存储器(Randomaccessmemory)

9

GB/T31230.6—2014

Rx：接收(Receive)

SD()：服务数据对象(Servicedataobject)

SII：从站信息接口(Slaveinformationinterface)

SM：同步管理器(Synchronizationmanager)

SoE：基于EtherCAT服务的伺服驱动行规(ServodriveprofilewitEtherCATservices)

SyncM:同步管