應(yīng)用程序接口概況

　　簡稱API（ApplicaonProgrammingInterface），就是軟件系統(tǒng)不同組成部分銜接的約定。

　　在數(shù)據(jù)封裝時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分層中的每個(gè)層相互之間會用接口進(jìn)行交互并提供服務(wù)，其中應(yīng)用層與用戶之間的接口稱之為應(yīng)用程序接口。API實(shí)際上是一種功能集合，也可說是定義、協(xié)議的集合，無論是那種集合，它的實(shí)質(zhì)都是通過抽象為用戶屏蔽實(shí)現(xiàn)上的細(xì)節(jié)和復(fù)雜性。

　　從用戶角度看應(yīng)用程序接口，表現(xiàn)為一系列API函數(shù)，用戶可以使用這些函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)。從網(wǎng)絡(luò)角度看，應(yīng)用程序接口給用戶提供了一組方法，用戶可以使用這組方法向應(yīng)用層發(fā)送業(yè)務(wù)請求、信息和數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中的各層則依次響應(yīng)，最終完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。

　　API的作用：

　　1.遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）：通過作用在共享數(shù)據(jù)緩存器上的過程（或任務(wù)）實(shí)現(xiàn)程序間的通信。

　　2.標(biāo)準(zhǔn)查詢語言（SQL）：是標(biāo)準(zhǔn)的訪問數(shù)據(jù)的查詢語言，通過通用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)共享。

　　3.文件傳輸：文件傳輸通過發(fā)送格式化文件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)共享。

　　4.信息交付：指松耦合或緊耦合應(yīng)用程序間的小型格式化信息，通過程序間的直接通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

　　原理：

　　API是一些預(yù)先定義的函數(shù)，目的是提供應(yīng)用程序與開發(fā)人員基于某軟件或硬件得以訪問一組例程的能力，而又無需訪問源碼，或理解內(nèi)部工作機(jī)制的細(xì)節(jié)。

　　常見應(yīng)用程序接口

　　應(yīng)用層的應(yīng)用程序接口有很多，并且發(fā)展很快，比較常見的如socket、FTP、HTTP以及telnet。這些接口從大類上可分為四類：

　　遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC，Remote Procedure Call Protocol）

　　數(shù)據(jù)查詢接口

　　文件類接口

　　數(shù)據(jù)通信接口

　　例如FTP協(xié)議就是文件類接口，基于FTP，用戶可以實(shí)現(xiàn)文件在網(wǎng)絡(luò)間的共享和傳輸。而Socket和HTTP可歸結(jié)為數(shù)據(jù)通信接口，基于這兩種接口，用戶可以開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序，以及web頁面交互程序。當(dāng)然如果從編程開發(fā)角度看，無論是FTP、HTTP還是telnet，都是基于socket接口開發(fā)出來的應(yīng)用層協(xié)議，是對socket接口的進(jìn)一步封裝和抽象，從而為用戶提供更高一層的服務(wù)和接口。

　　socket有時(shí)稱之為“Berkeley Socket”，它是最早由伯克利開發(fā)的應(yīng)用程序接口。常用的socket類型有兩種：流式socket（SOCK_STREAM）和數(shù)據(jù)報(bào)式socket（SOCK_DGRAM）。

　　流式socket是一種面向連接的socket，針對于面向連接的TCP服務(wù)應(yīng)用。

　　數(shù)據(jù)報(bào)式socket是一種無連接的socket，對應(yīng)于無連接的UDP服務(wù)應(yīng)用。

　　從用戶接口意義上講，還有傳輸層的TLI接口，是由AT&T開發(fā)的，有時(shí)也稱作X。它是傳輸層為用戶提供的應(yīng)用程序接口，可以用來在傳輸層進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。

　　API之主要目的是提供應(yīng)用程序與開發(fā)人員以訪問一組例程的能力，而又無需訪問源碼，或理解內(nèi)部工作機(jī)制的細(xì)節(jié)。提供API所定義的功能的軟件稱作此API的實(shí)現(xiàn)。API是一種接口，故而是一種抽象。

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　　以下部分包含應(yīng)用程序接口的一般說明

　　每個(gè)應(yīng)用程序應(yīng)該通過兩個(gè)步驟使用主站：

　　配置 請求主站并應(yīng)用配置。 例如，創(chuàng)建域，配置從屬并注冊PDO條目（請參見第3.1節(jié)）。

　　運(yùn)行運(yùn)行循環(huán)代碼和交換過程數(shù)據(jù)（參見第3.2節(jié)）。

　　應(yīng)用程序示例 在主站代碼的examples /子目錄中有一些示例應(yīng)用程序。 它們被記錄在源代碼中。

　　3.1 主站配置

　　總線配置通過應(yīng)用程序接口提供。圖3.1給出了可由應(yīng)用程序配置的對象的概述。

　　總線配置通過應(yīng)用程序接口提供。圖3.1給出了可由應(yīng)用程序配置的對象的概述。

　　3.1.1 從站配置

　　應(yīng)用程序必須告訴主站有關(guān)預(yù)期的總線拓?fù)?。這可以通過創(chuàng)建“從站配置”來完成。從站配置可以看作是預(yù)期的從站設(shè)備。當(dāng)創(chuàng)建從站配置時(shí)，應(yīng)用程序提供總線位置（見下文），供應(yīng)商ID和產(chǎn)品代碼。

　　當(dāng)應(yīng)用總線配置時(shí)，主站會檢查，在給定位置是否存在給定供應(yīng)商ID和產(chǎn)品代碼的從站。如果存在，從站配置將“附加”到總線上的實(shí)際從站，并根據(jù)應(yīng)用程序提供的設(shè)置配置從站。從站配置的狀態(tài)可以通過應(yīng)用程序接口或通過命令行工具查詢。

　　從站位置 從站位置必須指定為“別名”和“位置”的元組。允許通過絕對總線位置或通過保存的稱為“別名”的標(biāo)識符或兩者的混合來對從站尋址。別名是存儲在從站E2PROM中的16位值。它可以通過命令行工具進(jìn)行修改。表3.1顯示了如何解釋這些值。

　　別名位置解釋

　　00-65535位置尋址。 位置參數(shù)被解釋為總線中的絕對環(huán)位置。

　　1-655350-65535別名尋址。 位置參數(shù)被解釋為在具有給定別名地址的第一從站之后的相對位置。

　　圖3.2顯示了如何連接從站配置的示例。添加了一些配置，而其他配置保持分離。下面的列表給出了從最高開始的各從站配置的原因。

　　1. 別名為0意味著使用簡單的位置尋址。 從站1存在，并且供應(yīng)商ID和產(chǎn)品代碼與預(yù)期值匹配。

　　2. 雖然找到了位置為0的從站，但產(chǎn)品代碼不匹配，因此不添加配置。

　　3. 別名非0，因此使用別名尋址。 從站2是別名為0x2000的第一個(gè)從機(jī)。 由于位置值為0，因此使用相同的從站。

　　4. 沒有具有給定別名的從站，因此無法添加配置。

　　5. 從站2再次是別名為0x2000的第一個(gè)從機(jī)，但位置現(xiàn)在為1，因此添加從站3。

　　如果主站源代碼配置了–enable-wildcards，則0xffffffff將匹配任何一個(gè)供應(yīng)商ID和/或產(chǎn)品代碼。

　　3.2 循環(huán)操作

　　要進(jìn)入循環(huán)操作模式，必須“激活”主站來計(jì)算過程數(shù)據(jù)映像，并首次循環(huán)操作時(shí)應(yīng)用總線配置。激活后，應(yīng)用程序負(fù)責(zé)發(fā)送和接收幀。激活后無法更改配置。

　　3.3 VoE處理程序

　　在配置階段，應(yīng)用程序可以創(chuàng)建第6.3節(jié)中描述的VoE郵箱協(xié)議的處理程序。一個(gè)VoE處理程序總是屬于某個(gè)從站配置，因此創(chuàng)建函數(shù)是從站配置的一個(gè)方法。

　　VoE處理器管理VoE數(shù)據(jù)和用于發(fā)送和接收VoE消息的數(shù)據(jù)報(bào)。它包含傳輸VoE消息所需的狀態(tài)機(jī)。

　　VoE狀態(tài)機(jī)一次只能處理一個(gè)操作。因此，一次可以進(jìn)行一個(gè)讀或?qū)懖僮?。操作啟動后，處理程序必須循環(huán)執(zhí)行，直到完成。之后，可以檢索操作的結(jié)果。

　　VoE處理程序具有自己的數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu)，它將被標(biāo)記，用于在每個(gè)執(zhí)行步驟之后進(jìn)行交換。因此，應(yīng)用程序可以決定在發(fā)送相應(yīng)的EtherCAT幀之前執(zhí)行多少個(gè)處理程序。

　　有關(guān)使用VoE處理程序的更多信息，請參閱examples /目錄中提供的應(yīng)用程序接口函數(shù)和示例應(yīng)用程序的文檔。

　　3.4并發(fā)主站訪問

　　在某些情況下，一個(gè)主站由多個(gè)實(shí)例使用，例如，當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行循環(huán)過程數(shù)據(jù)交換的同時(shí)時(shí)，存在支持EoE的從站需要與內(nèi)核交換以太網(wǎng)數(shù)據(jù)（參見第6.1節(jié)）。為此，主站是共享資源，并且對其的訪問必須被順序化。這通常通過鎖定信號量或其他方法保護(hù)關(guān)鍵部分來完成。

　　主站本身不能提供鎖定機(jī)制，因?yàn)樗鼪]有機(jī)會知道合適的鎖定類型。例如，如果應(yīng)用程序在內(nèi)核空間中并且使用RTAI功能，則普通內(nèi)核信號量將是不夠的。為此，作出了一個(gè)重要的設(shè)計(jì)決定：預(yù)定主站的應(yīng)用程序必須具有完全控制，因此它必須負(fù)責(zé)提供適當(dāng)?shù)逆i定機(jī)制。如果另一個(gè)實(shí)例想要訪問主站，它必須通過回調(diào)請求總線訪問，這必須由應(yīng)用程序提供。此外，如果應(yīng)用程序認(rèn)為實(shí)例在當(dāng)時(shí)是不合適的，則可以拒絕對主機(jī)的訪問。

　　圖3.3示例顯示了兩個(gè)進(jìn)程如何共享一個(gè)主站：應(yīng)用程序的循環(huán)任務(wù)使用主站進(jìn)行過程數(shù)據(jù)交換，而主站內(nèi)部EoE進(jìn)程使用主站與具有EoE功能的從站通信。兩者都不時(shí)訪問總線，但EoE進(jìn)程通過“請求”應(yīng)用程序

　　訪問總線。這樣，應(yīng)用程序可以使用適當(dāng)?shù)逆i定機(jī)制來避免同時(shí)訪問總線。有關(guān)如何使用這些回調(diào)，請參閱應(yīng)用程序接口文檔（第3章）。

　　3.5 分布式時(shí)鐘

　　從版本1.5開始，主站支持EtherCAT的“分布式時(shí)鐘”功能?？梢詫⒖偩€上的從站時(shí)鐘同步到“參考時(shí)鐘”（支持DC的第一從站的本地時(shí)鐘），并且將參考時(shí)鐘同步到“主站時(shí)鐘”（主站的本地時(shí)鐘）?？偩€上的所有其他時(shí)鐘（在參考時(shí)鐘之后）被視為“從站時(shí)鐘”（見圖3.4）。

　　本地時(shí)鐘 任何支持DC的EtherCAT從站都有一個(gè)具有納秒分辨率的本地時(shí)鐘寄存器。如果從站被供電，則時(shí)鐘從零開始，這意味著當(dāng)從站在不同時(shí)間上電時(shí)，它們的時(shí)鐘將具有不同的值。這些“偏移”必須通過分布式時(shí)鐘機(jī)制來補(bǔ)償。另一方面，時(shí)鐘不是以相同的速度精確地運(yùn)行，因?yàn)樗褂玫氖卧哂泄逃械念l率偏差。該偏差通常非常小，但是在較長時(shí)間段內(nèi)，誤差將累積，而且本地時(shí)鐘之間的差異將增大。這個(gè)時(shí)鐘“漂移”也必須由DC機(jī)制補(bǔ)償。

　　應(yīng)用程序時(shí)間 總線的公共時(shí)基必須由應(yīng)用程序提供。 使用此應(yīng)用程序時(shí)間的tapp

　　1. 以配置從站的時(shí)鐘偏移（見下文），

　　2. 以編程從器件的同步脈沖產(chǎn)生的開始時(shí)間（見下文），

　　3. 以將參考時(shí)鐘同步到主時(shí)鐘（可選）。

　　偏移補(bǔ)償 對于偏移補(bǔ)償，每個(gè)從站提供一個(gè)“系統(tǒng)時(shí)間偏移”寄存器toff，它被添加到內(nèi)部時(shí)鐘值TInt以獲得“系統(tǒng)時(shí)間”tsys：

　　tsys = TInt + toff

　　? tint = tsys ? toff

　　主站讀取兩個(gè)寄存器的值，以某種方式計(jì)算新的系統(tǒng)時(shí)間偏移，結(jié)果系統(tǒng)時(shí)間應(yīng)與主機(jī)的應(yīng)用時(shí)間tapp匹配：

　　tsys ? tapp

　　? tint + toff ? tapp

　　? toff = tapp ? tint

　　? toff = tapp ?（ tsys ? toff ）

　　? toff = tapp ? tsys + toff

　　由讀取和寫入寄存器的不同時(shí)間產(chǎn)生的小的時(shí)間偏移誤差將由漂移補(bǔ)償進(jìn)行補(bǔ)償。

　　漂移補(bǔ)償 由于每個(gè)支持DC的從站中有特殊機(jī)制，因此可以進(jìn)行漂移補(bǔ)償：對“系統(tǒng)時(shí)間”寄存器的寫操作將使得內(nèi)部時(shí)間控制循環(huán)對寫入時(shí)間（減去編程的傳輸延遲，見下文）與當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比較。計(jì)算出的時(shí)間誤差將用作時(shí)間控制器的輸入，根據(jù)誤差的符號將本地時(shí)鐘速度調(diào)整為稍快或慢一些2。

　　傳輸延遲 以太網(wǎng)幀從從站到從站需要少量時(shí)間。所得的傳輸延遲時(shí)間累積在總線上，并且可以達(dá)到微秒級別，因此在漂移補(bǔ)償期間必須被考慮。支持DC的EtherCAT從站提供一種測量傳輸延遲的機(jī)制：對于四個(gè)從站端口中的每一個(gè)，有一個(gè)接收時(shí)間寄存器。從對端口0的接收時(shí)間寄存器的寫操作開始測量，一旦在相應(yīng)端口上接收到幀，則當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間被鎖存并存儲在接收時(shí)間寄存器中。主站可以讀出相對接收時(shí)間，然后計(jì)算從站之間的時(shí)間延遲（使用主站對總線拓?fù)涞亩x），最后計(jì)算從參考時(shí)鐘到每個(gè)從機(jī)的時(shí)間延遲。這些值通過編程被寫到從站的傳輸延遲寄存器中。以這種方式，漂移補(bǔ)償可以達(dá)到納秒級同步。

　　檢查同步性 支持DC的從站在地址0x092c處提供32位“系統(tǒng)時(shí)間差”寄存器，其中最后一次漂移補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)時(shí)間差以納秒分辨率和符號-幅值編碼方式存儲3。為了檢查總線同步性，系統(tǒng)時(shí)間差寄存器也可以通過命令行工具循環(huán)讀取（見第7.1.14節(jié)）：、

　　$ watch -n0 “ethercat reg read -p4 -tsm32 0x92c”

　　同步信號 同步時(shí)鐘是總線上同步事件的先決條件。每個(gè)支持DC的從站提供兩個(gè)“同步信號”，其可以被編程以創(chuàng)建事件，這將，例如，使得從站應(yīng)用程序在某個(gè)時(shí)刻鎖存其輸入。同步事件可以一次生成或循環(huán)生成，取決于哪種對從站應(yīng)用程序有意義。編程同步信號設(shè)置所謂的“AssignActivate”字和同步信號的周期和移位時(shí)間。AssignActivate字是從站確定的，并且必須取自XML從站描述（Device→ Dc），其中還可以找到典型的同步信號配置“ OpModes”。

　　1如果需要同時(shí)發(fā)送和接收，則可以為從配置創(chuàng)建兩個(gè)VoE處理程序。

　　2本地從時(shí)鐘將每10 ns以9 ns，10 ns或 11 ns的頻率遞增。

　　3這允許廣播讀取總線上的所有系統(tǒng)時(shí)間差寄存器以獲得向上近似