隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷進步，對于實時數(shù)據(jù)捕獲和分析的需求也在增加。尤其在EtherCAT這樣的高性能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，精準(zhǔn)的報文捕獲和分析工具顯得尤為重要。在這篇文章中，我們將深入探討如何利用ProfiShark工具捕獲EtherCAT報文，并展示其在實際應(yīng)用中的強大功能。

一、為什么要使用profishark捕獲報文

使用方便：profishark作為專用的抓包硬件，在性能、穩(wěn)定性、精確度上都比普通的抓包工具好很多，并且有一些PLC或者其它無法直接運行wireshark軟件的專用控制器作為EtherCAT主站，這種情況下使用專用的抓包工具會省事很多，并且profishark串聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)中帶來的延遲和抖動很低，可以適用于大多數(shù)對于時間敏感的工業(yè)協(xié)議。

高分辨率時間戳：ProfiShark 提供分辨率為 8 ns 的硬件時間戳。ProfiShark 1G+ 和 10G+ 提供多種高級時間戳功能。 GPS芯片可以檢索UTC時間，并將其與內(nèi)部PPS同步，典型精度為±32 ns。 ProfiShark 1G+和10G+還可以通過SNTP（使用ProfiShark Manager或CLI工具）檢索時間，或使用內(nèi)部RTC（實時時鐘），并通過外部PPS信號同步?？梢蕴峁?PPS 輸出，以便與另一個 ProfiShark 設(shè)備或任何其他接受 PPS 輸入的設(shè)備同步。這些功能可以以不同的方式組合，為數(shù)據(jù)包的準(zhǔn)確和精確的時間戳提供多種可能的選項。

100%高保真流量捕獲：為所有監(jiān)控源安裝 TAP 可保證 100% 的網(wǎng)絡(luò)流量被復(fù)制并傳輸?shù)奖O(jiān)控工具，實現(xiàn)實時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

TSN支持，低抖動：ProfiShark能夠捕獲和分析支持Time-Sensitive Networking（TSN）技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)流量，并且能夠準(zhǔn)確地測量和記錄數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序性，以便進行分析和故障排除。ProfiShark 與協(xié)議無關(guān)，并且對所有幀、標(biāo)簽和封裝進行 L1 直通。這包括搶占幀 (IEEE 802.1Qbu/802.3br)、分段幀和 CRC 無效幀。Profishark 100M、1Gv5、1Gv6 和 1G+ 支持 TSN（IEEE 802.1Qbu/802.3br 幀）。

PoE直通功能：ProfiShark 1G 可以配置為串聯(lián)模式或帶外模式。串聯(lián)模式具有故障安全功能，具有 PoE 直通功能，一旦 TAP 在網(wǎng)絡(luò)中就位，監(jiān)控端口就可以隨意連接和斷開，而不會中斷網(wǎng)絡(luò)鏈路。而帶外模式則允許監(jiān)控來自 SPAN/鏡像端口或外部 TAP 的流量。

二、Profishark使用場景

抓取以太網(wǎng)報文

搜索報文CRC error

比較輸入數(shù)據(jù)幀和輸出數(shù)據(jù)幀

測量網(wǎng)絡(luò)幀的抖動和延遲

分析主控端發(fā)送數(shù)據(jù)的過程和原理

分析處理設(shè)備處理網(wǎng)絡(luò)幀處理流程及原理

主控設(shè)備實時測量

測量和處理設(shè)備的響應(yīng)性能

工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與備份

三、技術(shù)參數(shù)

四、連接方式

必須在現(xiàn)有的 EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)中插入一個測試接入點（TAP），以捕獲 EtherCAT 幀。建議將 TAP 安裝在主站和第一個從站之間，但也可以安裝在任意兩個從站設(shè)備之間。不過，只有當(dāng) TAP 緊跟在主站之后安裝時，才能完全分析所有輸入和輸出數(shù)據(jù)，因為有些數(shù)據(jù)（LRW 命令）會被下游從站的后續(xù)輸入數(shù)據(jù)覆蓋。所選的 TAP 設(shè)備（如 profishark 100M）應(yīng)具有較小的傳播延遲，以避免干擾整個網(wǎng)絡(luò)定時。
TAP 的 “監(jiān)控 ”端口通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜與運行主站檢查軟件的計算機相連。

ProfiShark 100M 是一款袖珍型設(shè)備，一側(cè)有兩個 RJ45 連接器，另一側(cè)有一個 USB 3.0 端口（還有一個可選的 5 V 直流外部電源接口）。
(1)將 ProfiShark 放在需要監(jiān)控流量的站點（如 PLC 的以太網(wǎng)端口、CPU 的以太網(wǎng)模塊、計算機、服務(wù)器等）前方。
(2)斷開EtherCAT主站上的以太網(wǎng)電纜，將其連接到 ProfiShark 的一個以太網(wǎng)端口。然后，使用適配器附帶的以太網(wǎng)電纜將ProfiShark 的另一個以太網(wǎng)端口連接到第一個從站。
(3)現(xiàn)在，ProfiShark處于要分析的數(shù)據(jù)包的線路中，所有流量都通過該 TAP 適配器。
(4)確認(rèn)兩端通信正常之后，將電源端口（USB端口）連接至裝有profishark manager的電腦上，并通過profishark manager或者Wireshark 軟件進行捕獲和分析數(shù)據(jù)包。

五、如何使用wireshark分析EtherCAT報文

在使用ProfiShark成功捕獲EtherCAT報文后，我們可以利用Wireshark來進行詳細(xì)的分析。Wireshark是一款功能強大的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具，它可以幫助我們對捕獲到的EtherCAT報文進行深入的檢查和分析。以下是詳細(xì)步驟和技巧：
1. 設(shè)置EtherCAT過濾器
EtherCAT報文在Wireshark中有特定的過濾器可以使用。我們可以通過設(shè)置這些過濾器來篩選出我們感興趣的報文。例如，要過濾出特定類型的從站進入OP狀態(tài)的報文，可以使用以下命令：
ecat.ado == 0x130
這個命令可以幫助我們快速找到并分析目標(biāo)報文。
2. 捕獲報文的詳細(xì)信息
一旦捕獲到EtherCAT報文，我們可以查看它們的詳細(xì)信息。點擊報文，可以展開查看其結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，包括EtherCAT報文的頭部信息、數(shù)據(jù)區(qū)、以及各個字段的具體值。這些信息可以幫助我們了解報文的具體內(nèi)容和意義。
3. 分析周期性報文
在EtherCAT通信中，每個周期性報文通常包含三個子報文。這些子報文包括邏輯尋址、物理尋址等信息。通過分析這些子報文，我們可以了解主站與從站之間的數(shù)據(jù)交換過程。例如，查看LRW（Logical Read/Write）命令，可以看到從站的響應(yīng)和主站的請求數(shù)據(jù)。
4. 分析時間間隔
時間間隔分析是評估EtherCAT系統(tǒng)性能的重要手段。通過Wireshark，我們可以測量報文之間的時間間隔，以評估系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。具體操作是查看兩個報文之間的時間差異，通過Wireshark的“時間顯示格式”功能，可以更直觀地看到這些時間差。
5. 常見錯誤分析
在EtherCAT系統(tǒng)中，常見的錯誤類型包括CRC錯誤、丟包、報文延遲過長等。通過Wireshark，我們可以檢測并分析這些錯誤。例如，通過設(shè)置CRC錯誤過濾器，可以快速定位并分析存在問題的報文。分析這些錯誤需要我們熟悉EtherCAT的工作原理和流程，能夠識別和診斷常見的通信問題。
6. 數(shù)據(jù)積累與學(xué)習(xí)
分析EtherCAT報文是一個需要不斷積累和學(xué)習(xí)的過程。了解和掌握EtherCAT協(xié)議的細(xì)節(jié)是關(guān)鍵，這樣才能在實際分析中得心應(yīng)手。建議多閱讀相關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)文檔，參與技術(shù)交流，不斷提升自己的技能和知識水平。

六、總結(jié)

通過使用ProfiShark和Wireshark，我們可以高效地捕獲和分析EtherCAT報文，滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和故障排除的需求。ProfiShark憑借其高分辨率時間戳、100%高保真流量捕獲、TSN支持及PoE直通功能，為工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)提供了強有力的支持。結(jié)合Wireshark的強大分析功能，我們能夠詳細(xì)查看報文結(jié)構(gòu)、分析周期性報文的時間間隔、檢測并診斷常見的通信錯誤，從而提高系統(tǒng)的性能和可靠性。隨著對EtherCAT工作原理和分析技巧的不斷積累和學(xué)習(xí)，我們可以更有效地進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和問題解決，為工業(yè)自動化的發(fā)展提供堅實的技術(shù)保障。

審核編輯 黃宇