诊断特性对于一个机器的可靠性和调试时间非常重要。除了错误检测外，错误的准确定位也不容忽视。EtherCAT 在其系统内部拥有多种不同的诊断功能。

　　在 EtherCAT 网络中，从设备( EtherCAT从站控制器)通过硬件芯片中的专用实时组件，根据拓扑的顺序处理以太网帧。从站设备在现场总线标准定义的 ISO/OSI 堆栈的所有层中都有诊断机制。主站的配置工具分别从独立的从站中获取到状态信息，直接报告给用户使用的应用软件。

　　图1：以太网数据帧通过ESC(EtherCAT从站控制器)进行逻辑传输

　　图2：EtherCAT 可以在系统内部的 IOS/OSI 堆栈的所有层实现诊断

　　物理层的诊断

　　物理层包括用于网络基础设施建设的线缆和接头。每个 ESC 端口处理传输给用户相关信息，从而检测硬件级的通信。除了其他不同的错误外，如果 ESC 端口检测到链路丢失，则相关的链路丢失计数器值增加。这种情况可能由于接触不良、不足或者线缆损坏等原因引起。通过读取相应的寄存器可精确定位来自物理介质的干扰。

　　另一种诊断特性是传入的数据帧的 CRC 校验(校验总和)。如果损坏的数据帧被标记毁坏，帧中包含的数据会被忽略，CRC 错误计数器值增加。后续的设备也会忽略该帧中的数据，且增加转发 CRC 错误计数器的值。CRC 错误一般是由于通信线缆过于靠近电力线缆，从而导致 EMC 干扰产生的。用户通过读取上述两个错误计数器便可以检测到可能出现 EMC 干扰通迅的位置。

　　数据链路层的诊断

　　数据链路层保证了 EtherCAT 数据帧和网络中 EtherCAT 参与者之间的数据交换。该数据交换可以是非周期性或周期性的。周期性数据交换还会被用于多个分布式参与者的周期同步控制。在从站设备中，中断或看门狗监测数据交换和同步。

　　在数据链路层中工作计数器是一个强有力的诊断机制。该计数器随着读或写命令一同传输。如果每个从站成功的进行了数据交换，则计数器增加。主站通过对比实际的和预计的计数器值，便可以检测到在同一周期中所有从站的数据是否被正确处理，还是有个别报文尚未传输。该工作计数器通知不同的可能产生的错误，例如，由于链接丢失或者内部硬件中断而导致一个从站不能进行数据交换的情况。对于过程数据配置或通信时序的参数化问题也可以使用这种检测方式。工作计数器错误可被传输到一个上层应用中(例如 PLC 程序)，因此工程师可以在软件中编译一个合适的响应。

　　对于高精度同步的应用，可以在EtherCAT 网络中采用分布时钟(DC)机制。对于这种数据链路层功能也有不同的诊断机制。每个从站包括一个系统时间差值寄存器，寄存器的值是每个从站的本地时间和全局时间的差值。主站通过读取使用分布时钟的所有从站的这个寄存器的值，从而监控网络的同步的精确性，并在出现违规操作时通知用户。

　　因为 EtherCAT 使用标准以太网帧，所有网络状态可以用免费的软件(如Wireshark)进行监控状态。这种方式下，EtherCAT 整个数据帧及其所有报文都能被报告，显示和分析。

　　图3：通过读取链路丢失计数器可以准确定位硬件级别的错误

　　图4：每个端口对传入数据帧进行 CRC 校验，并在必要的情况下增加错误计数器数值

应用层的诊断

　　每个从站的应用层实施了独立的功能，如：读取温度信号，控制气动伺服阀或者驱动电机。在此，EtherCAT 状态机提供重要的诊断信息来组织主站和从站之间的行为。每个状态对应几个通信功能。主站请求状态改变，从站则确认或者拒绝状态改变。如果在初始化阶段出现配置错误或内部运行时出错，从站会拒绝态转换或内部改变到低级别状态中，并设定一个错误位和提供一个错误代码。比如，当过程数据在主站和从站的配置不同时，从站会拒绝状态改变至 Safe operational 并提供错误代码“无效的输入配置”。又例如，当从站超过一定时间没有接收到有效过程数据时，该从站则将状态转换到 Safe operational，并报告错误“过程数据看门狗”。主站通过一个广播命令周期性地读取应用层状态从而监控整个网络状态。

　　图5：EtherCAT主站可以通过工作计数器轻松且周期同步的检测错误。

　　图6：EtherCAT在应用层的诊断。

　　除了通过 EtherCAT 状态机进行核心的诊断功能外，EtherCAT 设备还可以报告特殊的内部应用错误。这些取决于从站的个别功能：可以是一个模拟量输入端子的过电压，超过驱动的最大转矩限制或者一个内部的超温报警。CAN application protocol over EtherCAT(CoE)是一个标准的用于非周期参数访问的 EtherCAT 协议，该协议定义了诊断历史对象(类似于错误寄存器)。在这些对象设备中可以记录并保存多达 250 个应用的特定诊断信息，主站读取信息并报告给用户。

　　总结

　　EtherCAT 通信的所有层中都有独特的EtherCAT 诊断功能，因此它提供了一个完整且详尽的网络状态概览。这些功能已经包含在 EtherCAT 协议中，主站需要很少的额外命令就可以实现。EtherCAT 诊断机制可以在硬件中实施或在 EtherCAT 基础规范中定义：因此所有类似的 EtherCAT 设备都保证了其全部相关功能。