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引導語
隨著工業(yè)自動化技術的不斷進步，對于實時數據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)網絡中，精準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，并展示其在實際應用中的強大功能。
簡介
ProfiShark是一款高性能的報文捕獲工具，專為工業(yè)網絡設計，特別適用于EtherCAT報文的捕獲與分析。通過高分辨率時間戳、100%高保真流量捕獲、TSN支持及PoE直通功能，ProfiShark能夠在各種工業(yè)環(huán)境中提供精確且可靠的數據捕獲服務。本文詳細介紹了ProfiShark的使用方法、技術優(yōu)勢以及具體應用場景，并提供了使用Wireshark分析EtherCAT報文的實用技巧。
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串聯在網絡中帶來的延遲和抖動很低，可以適用于大多數對于時間敏感的工業(yè)協議。
- 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 設備或任何其他接受 PPS 輸入的設備同步。這些功能可以以不同的方式組合，為數據包的準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% 的網絡流量被復制并傳輸到監(jiān)控工具，實現實時網絡監(jiān)控。
- TSN支持，低抖動：ProfiShark能夠捕獲和分析支持Time-Sensitive Networking（TSN）技術的網絡流量，并且能夠準確地測量和記錄數據傳輸的時序性，以便進行分析和故障排除。ProfiShark 與協議無關，并且對所有幀、標簽和封裝進行 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 可以配置為串聯模式或帶外模式。串聯模式具有故障安全功能，具有 PoE 直通功能，一旦 TAP 在網絡中就位，監(jiān)控端口就可以隨意連接和斷開，而不會中斷網絡鏈路。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
- 抓取以太網報文
- 搜索報文CRC error
- 比較輸入數據幀和輸出數據幀
- 測量網絡幀的抖動和延遲
- 分析主控端發(fā)送數據的過程和原理
- 分析處理設備處理網絡幀處理流程及原理
- 主控設備實時測量
- 測量和處理設備的響應性能
- 工業(yè)以太網數據的監(jiān)控與備份
三、技術參數
四、連接方式
必須在現有的 EtherCAT 網絡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備之間。不過，只有當 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據，因為有些數據（LRW 命令）會被下游從站的后續(xù)輸入數據覆蓋。所選的 TAP 設備（如 profishark 100M）應具有較小的傳播延遲，以避免干擾整個網絡定時。
TAP 的 “監(jiān)控 ”端口通過標準以太網電纜與運行主站檢查軟件的計算機相連。
(2)斷開EtherCAT主站上的以太網電纜，將其連接到 ProfiShark 的一個以太網端口。然后，使用適配器附帶的以太網電纜將ProfiShark 的另一個以太網端口連接到第一個從站。
(3)現在，ProfiShark處于要分析的數據包的線路中，所有流量都通過該 TAP 適配器。
(4)確認兩端通信正常之后，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據包。
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來進行詳細的分析。Wireshark是一款功能強大的網絡協議分析工具，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。以下是詳細步驟和技巧：
1. 設置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報文。
2. 捕獲報文的詳細信息
一旦捕獲到EtherCAT報文，我們可以查看它們的詳細信息。點擊報文，可以展開查看其結構和內容，包括EtherCAT報文的頭部信息、數據區(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據交換過程。例如，查看LRW（Logical Read/Write）命令，可以看到從站的響應和主站的請求數據。
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. 數據積累與學習
分析EtherCAT報文是一個需要不斷積累和學習的過程。了解和掌握EtherCAT協議的細節(jié)是關鍵，這樣才能在實際分析中得心應手。建議多閱讀相關文獻和技術文檔，參與技術交流，不斷提升自己的技能和知識水平。
六、總結
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)網絡系統(tǒng)對實時數據監(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)自動化網絡提供了強有力的支持。結合Wireshark的強大分析功能，我們能夠詳細查看報文結構、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習，我們可以更有效地進行網絡監(jiān)控和問題解決，為工業(yè)自動化的發(fā)展提供堅實的技術保障。
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