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EtherCAT 不仅具有众多技术优势，而且在过去二十年中也因其协议的开放性以及 EtherCAT 技术协会（ETG）的成立而获益匪浅。在接下来的访谈中，ETG 执行董事 Martin Rostan 分享了 EtherCAT 取得成功的两个最关键的因素。

EtherCAT 推出至今已经有 20 年 — 它是如何诞生的呢？

Martin Rostan：倍福早在 1989 年就推出了 Lightbus 光纤现场总线，用于实现输入和输出模块的快速通信。Lightbus 的传输速率为 2.5 Mbit/s，并采用“processing on the fly”报文处理基本原理。上世纪 90 年代末，我们开始考虑开发传输速率更高的新一代光纤技术。该项目被命名为 FLB（高速 Lightbus）。虽然该技术的传输速率高达 50 Mbit/s，比 Lightbus 明显快很多，但我们总觉得还缺点什么。于是，我们产生了将 Lightbus 原理与以太网相结合的想法。

“processing on the fly”原理有何特别之处？

Martin Rostan：它并不是在每次循环中向每个网络节点发送一个报文，然后从每个节点接收一个报文，而是通过向所有节点发送一个相应较长的报文，该报文会陆续经过这些节点并被飞速处理，因此几乎没有延迟。每个节点读取为其准备的过程输出数据，并将其输入数据插入到同一报文中。由于网络节点事先已经知道可以在帧中的哪个位置找到相应的过程数据，因此无需携带与节点相关的地址信息。因此，一个比特的有效数据就是一个比特，而不会使用整个帧传输。这就是我们实现效率最大化的方式：通常，整个报文的 90% 以上都用于过程数据。因此，我们可以让带宽利用率达到最高，而且由于输入和输出数据使用的是同一帧，这相当于将带宽增加了一倍。这就是为什么 EtherCAT 能够实现如此高性能的原因所在。

关键词“性能”：EtherCAT 被誉为速度最快的现场总线解决方案。为什么这一点如此重要呢？

Martin Rostan：对于每一位控制工程师来说，更短的循环时间显然意味着更高的控制质量，最终提高产品质量：这不仅适用于所有运动控制应用，也适用于测量任务。随着基于 PC 的控制器的推出，计算能力不再是瓶颈，而总线系统成为了制约因素，因此，总线系统的性能变得越来越重要。如果有人想要将能够处理亚毫秒级循环时间的控制系统与传输速度跟不上的总线系统相结合，那就大错特错了。EtherCAT 可以实现更短的循环时间以及更快的响应速度，可为所有要求瞬态响应的应用带来优势：即使控制器每次只需等待几毫秒的传感器信号来确认工件是否已到达或目标位置是否已到达，然后进入下一个工序步骤，缩短这些短暂的等待时间也是值得的，这样可以显著提高效率和设备吞吐量。

用户会接受这种复杂的技术论证吗？

Martin Rostan：对于 EtherCAT，我们的确要比大多数现场总线组织更深入地进行技术论证。我们的做法就是用令人信服的技术说服用户。这也是工程师们特别乐见的。2003 年 4 月，当我们在汉诺威工业博览会上首次展示 EtherCAT 时，我们还不能与大型用户组织比肩，而且当时倍福还不是自动化解决方案的主要供应商之一。我们展示了我们新技术的功能特点，赢得了那些最快认识到 EtherCAT 卓越性能优势的用户的青睐。

然后与这些用户一起成立了 EtherCAT 技术协会？

Martin Rostan：没错。在 ETG 的 33 个创始成员中，有一半是用户，即非自动化系统制造商，而且其中大多数都是所在行业的技术领导者。换句话说，这些企业习惯于以令人信服的技术说服他人。当然，以用户为首也有助于解决先有鸡还是先有蛋的问题。

先有鸡还是先有蛋的问题？

Martin Rostan：是的，这正是引进新技术时所面临的挑战之一：只有当用户提出要求时，供应商才会采用该技术。而只有供应商使用了相应设备，才能赢得用户的青睐。另一个挑战是，一开始我们没有任何性价比较高的 EtherCAT 芯片，只能使用 FPGA，而最初 FPGA 的价格非常昂贵。当时，EtherCAT 接口的成本仍然很高。但随着 2006 年第一款 EtherCAT ASIC 的问世，问题很快得到了解决。现在有 13 家不同的制造商提供这种芯片，其接口成本低于传统的现场总线系统以及其它工业以太网解决方案。使用 EtherCAT 时，控制器中只需安装一个标准的以太网口，极大地促进了该技术的推广。

说到受欢迎程度：在 EtherCAT 20 周年之际，ETG 首次公布了 EtherCAT 设备销量数据，这些数据与我们已知的市场研究有很大不同。为什么呢？

Martin Rostan：正是因为我们现在是首次公布数据。到目前为止，我们一直比较谨慎，主要有两个原因：首先，由于基于 FPGA 的设备在初期占主导地位，其数量尚不可知。其次，我们尚不能计算或者忽略模块化设备，即 EtherCAT 端子模块。毕竟，如果将带有 50 个电子端子模块的一个模块化 I/O 站算作 50 个 EtherCAT 节点会产生误导，即使这些端子模块实际上是 50 个 EtherCAT 节点。不过，这些总线端子模块使用的是专用芯片，而且我们假设基于 FPGA 的设备所占比例不到 10%，因此数字的精确性并不是最重要的。不算上总线端子模块，EtherCAT 设备的数量达到近 6000 万台，即占据了市场领先地位。

ETG 拥有 7000 多家会员单位，是全球最大的现场总线用户组织。你们是如何做到这一点的呢？

Martin Rostan：技术本身及其为用户带来的优势固然最为重要，但 EtherCAT 技术协会拥有的一支特别敬业的团队也为 EtherCAT 的成功做出了巨大贡献。毕竟，技术团队不仅负责协调各个技术工作组、编写技术规范并代表 EtherCAT 参与各种标准化委员会的工作，而且最重要的是支持我们的会员实施该技术。这意味着我们要提供技术支持，定期举办研讨会以及互操作性会议，即我们在全球范围内举办的 Plugfest 活动。我们的会员对我们的实施支持质量给予了高度评价，并在我们网站上的开发者论坛上积极建言献策。技术推广团队也同样尽心尽力，组织高质量的展会和技术研讨会，目前我们已在 50 多个国家举办了此类活动。一开始，我也没有想到能有 1000 家会员单位，而且到目前为止，增长势头丝毫没有减弱。现在，每年都有近 500 家新会员单位加入。

协会只在德国有吗？

Martin Rostan：尽管 EtherCAT 技术协会的总部设在德国纽伦堡，但我们在中国、韩国、日本和美国都设有办事处，这些办事处都独立运作，为当地会员提供支持。其中有 3000 多家会员单位来自亚洲地区，充分表明了 EtherCAT 在亚洲地区也处于领先地位。此外，ETG 在美洲地区拥有 1000 多家会员单位，是当地会员数量最多的现场总线组织。

值得庆祝的事情有很多。比如一些特殊的 EtherCAT 应用，对吗？

Martin Rostan：是的，当然，有些 EtherCAT 应用特别有意义。对我这个帆船爱好者来说，美洲杯帆船赛中的高科技游艇就是其中一个重要应用，所有这些游艇都使用了 EtherCAT。作为一名航空工程师，EtherCAT 在太空中的应用也令我兴奋不已。EtherCAT 已在国际空间站中使用，并被选中用于月球网关空间站的机器人。此外，EtherCAT 还可以在拖车上使用，并协助完成获得诺贝尔物理学奖的实验。

EtherCAT 之所以能被选中用于这些应用，仅仅是因为它的速度足够快吗？

Martin Rostan：不仅于此。EtherCAT 的性能往往也起着决定性作用，而且其特殊的功能原理还能带来更多优势。例如，网络节点在启动时会自动寻址，这大大简化了调试工作。即使控制器中没有专用硬件，网络节点也能实现高精度同步。EtherCAT 用户不需要具备 IT 技术知识，不需要购买、安装和配置专用交换机，也不受级联交换机的限制。这意味着几乎可以实现任何设备数量的线型拓扑结构，也可以创建分支、树型拓扑结构和环形冗余结构，而无需专用的冗余节点。EtherCAT 芯片中还内置了专用的诊断功能，不仅能够可靠地检测到位错误和出现松动的连接器，甚至还能将其定位。这一切都将帮助我们节省大量的时间和金钱成本。

其它工业通信系统对于 EtherCAT 的成功有何回应？

Martin Rostan：竞争对手正使用千兆以太网技术和 TSN 技术努力追赶我们的性能优势。但是，只要懂点算术的人都会很快意识到，EtherCAT 的功能原理是无法被超越的，哪怕是千兆以太网技术也不能：如果对实际应用场景进行比较，即使是在 100 Mbit/s 速率下，EtherCAT 的性能仍将更胜一筹。对于实际上需要更大带宽的应用，EtherCAT G 可作为技术扩展供用户选择。不过，更强大的 100 Mbit/s 技术不会被 EtherCAT G 取代，而只是作为一种补充。我认为，即使在 15 年后，95% 的 EtherCAT 设备仍使用 100 bit/s。这将保持 EtherCAT 的稳定性：一直以来，我们只是对 EtherCAT 进行了扩展，从未去改变过它。

EtherCAT 未来 20 年的发展前景如何？

Martin Rostan：20 年前，我曾大胆预测，十年后 EtherCAT 将成为市场上的第二名。十年后的今天，我们已经走得更远。我认为任何发展都不会改变这项技术本身。通过 EtherCAT G，我们正在针对需要更大带宽的应用领域进行技术升级，使 EtherCAT 能够始终适应未来的发展需求。当我看到 EtherCAT 技术协会会员数量的增长时：很显然我们还远远没有到达终点。