隨著工業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。

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。可以提供 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：為所有監控源安裝 TAP 可保證 100% 的網絡流量被復制并傳輸到監控工具，實現實時網絡監控。

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

工業以太網數據的監控與備份

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。

ProfiShark 100M 是一款袖珍型設備，一側有兩個 RJ45 連接器，另一側有一個 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 放在需要監控流量的站點（如 PLC 的以太網端口、CPU 的以太網模塊、計算機、服務器等）前方。
(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、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，以評估系統的實時性和穩定性。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，滿足工業網絡系統對實時數據監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控和問題解決，為工業自動化的發展提供堅實的技術保障。

審核編輯 黃宇