産業用イーサネット（12）EtherCAT のエラー検出

エラー検出／FCSエラー

フレーム末尾の FCS 受信を待たず送信を開始する On The Fly の課題は、エラー処理だ。図1 のように、スレーブはフレーム末尾の FCS 受信前にデータの入出力と次段への送信を開始する。FCS エラーを検出したときには、既にデータの入出力が終わっている。

EtherCAT の解決策は、フレームを全て受信したところで FCS エラーや物理層エラーの検出を確認し、エラーを検出したスレーブは FCS の後に 4 bit のマーキングを追加し（図2）、入出力処理を取り消す。同時に 「ポートエラー」をカウントアップする。

次段以降のスレーブは、マーキングを検出すると入出力処理を取り消し、 「受信エラー」をカウントアップする。FCS エラーを検出したスレーブと、マーキングされたフレームを受信したスレーブでは、エラー処理とエラーカウンタが異なる。この違いは、後のエラー箇所の特定に使用する重要な情報だ。

図3 は最初のスレーブでFCS エラーを検出した例だ。フレームを受信し入出力処理を終えたSlave1 は、FCE エラーを検出した時点で入出力処理を取り消し、FCS の後に 4bit のマーキングを追加する。同時に入力ポートでエラーが発生したことを示す「ポートエラー」をカウントアップする。

Slave2 以降は、マーキングを検出するとすでに済ませた入出力処理を取り消し、上流ですでにエラーが発生したことを示す「受信エラー」をカウントアップする。

マスタは、巡回を完了したフレーム全体を受信するとマーキングを検出し、送信に失敗したことを知る。マスタはデータの再送やスレーブのカウンタにより、障害箇所の特定などを行う。

エラー検出／ワーキングカウンタ（WKC）

EtherCAT は、伝送路での FCS エラーや物理層エラー検出以外にもエラー検出の機構を備えている。ワーキングカウンタ（WKC）は、スレーブでのデータの読み書きが正常に行われたかどうかを検出する仕組みだ。

図4 に示すように、1つのイーサネットフレームには複数のEtherCATデータグラムを搭載することができる。各EtherCAT データグラムは複数のスレーブで読み書きすることもでき、EtherCAT データグラムの末尾には2バイトのワーキングカウンタ（WKC）領域がある。

マスタはWKCを初期値0で送信し、各スレーブ（EtherCAT デバイス）は正常に「読み取り操作」「書込み操作」「読み取り／書込み操作」を実行したときに表1 のルールに従い加算する。イーサネットフレームが全てのスレーブを通過しマスタに戻ると、マスタは期待した WKC と実際の WKC を比較し、EtherCAT データグラムが正常に処理されたかどうかを判断する（図4 参照）。ワーキングカウンタの位置は、図5 参照。