TwinCAT3 EtherCAT抓包 | 技术集结

在使用TwinCAT测试EtherCAT EOE功能时，我们会发现正常是无法使用Wireshark去进行网络抓包抓取EtherCAT报文的，今天这篇文章就带大家来上手EtherCAT抓包方式。

 

准备环境

 

硬件环境：

EtherKit开发板

网线一根

Type-C USB线一根

软件环境

TwinCAT3

RT-Thread studio

wireshark

 

EtherCAT EOE工程下载

首先 RT-Thread studio 安装 EtherKit SDK 包，然后新建一个示例工程：etherkit_ethercat_eoe，编译并下载程序；

将电脑一端网线连接至 EtherKit 的 ETH0，同时修改以太网适配器IP保持与从站IP在同一网段下：

观察开发板串口状态，此时可以看到 eoe app 已经正常运行了：

 

TwinCAT3 模拟EtherCAT主站启动

在启动 TwinCAT3过程中还需要配置ESI文件及安装Twin CAT驱动，可参考EtherKit用户手册，此处不再详述；

接下来我们主站扫描从站设备，并激活该从站设备：

激活从站设备后可以看到 EtherKit 开发板板载以太网指示灯正常工作，同时默认从站DC模式为 SM-Synchron :

 

TwinCAT3配置DC-Synchron

首先我们需要开启 wireshark 抓包支持，右键点击 Device，在 Adapter 中勾选 Promiscuous Mode（use with Wireshark only）来开启混杂模式；

接着我们需要先切换DC模式，由默认的 SM-Synchron 模式切换为 DC-Synchron；

接着我们点击上方导航栏 TwinCAT->Restart TwinCAT(config Mode)；

提示 Restart TwinCAT system in config Mode，点击确定；

shell再次提示 Load IO设备，点击确定；

然后点击激活；

接着我们再切换回 SM-Synchron，并打开wireshark，选择对应的网卡设备，此时就可以看到ECAT报文了；

 

EtherCAT数据帧结构

EtherCAT数据直接使用以太网数据帧进行传输，帧类型为0x88A4。一个EtherCAT数据包括2个字节的数据头和44~1498字节的数据，其中数据区由一个或多个EtherCAT子报文组成，每个子报文对应独立的设备或从站存储区域；

EtherCAT帧结构定义

EtherCAT帧结构定义

每个EtherCAT子报文包括子报文头、数据域和相应的工作计数器（WKC，Working Counter）；WKC记录了子报文被从站操作的次数，主站为每个通信服务子报文设置预期的WKC，发送子报文中的工作计数器初值为0，子报文被从站正确处理后，工作计数器将增加一个增量，主站比较返回子报文中的WKC和预期WKC来判断子报文是否被正确处理；WKC由ESC在处理数据帧的同时进行处理，不同的通信服务对WKC的增加方式不同；

EtherCAT子报文结构定义

 

EtherCAT报文分析

1.请求报文

首先我们设置过滤规则：

ecat.cmd==BRD && ecat.ado==0x130

我们随机抓取一条BRD报文，主站向从站发送的偏移地址为 0x130 的报文，表示读取从站特定寄存器（如设备标识符、状态字等）的值。此类报文在系统初始化或状态监测中常被使用。

2.应答报文

从站启动过程：主站依次向偏移地址 0x120 发送 1、2、4、8 命令，控制从站依次进入初始化（INIT）、预操作（PRE-OP）、安全模式（SAFE-OP）和操作模式（OP）：

ecat.ado==0x120 && (ecat.adp==0x03e9 ||ecat.adp==0xffff)

其中 ecat.adp == 0xffff 表示广播方式，主站向所有从站发送命令；而 ecat.adp==0x03e9（例如）表示特定从站地址（可根据实际地址修改）发送控制命令。

3.控制命令与EOE报文过滤

我们使用如下过滤规则来抓取EtherCAT控制命令与以太网封装（EOE, Ethernet over EtherCAT）相关的报文：

(ecat.ado==0x120 || ecat_mailbox.eoe) && (ecat.adp==0x03e9 || ecat.adp==0xffff)

解析说明

ecat.ado==0x120：表示抓取访问地址偏移 0x120 的寄存器命令，此为 从站状态控制寄存器，主站通过它向从站发送模式切换指令（如INIT、PRE-OP、SAFE-OP、OP）；

ecat_mailbox.eoe：表示抓取所有 EOE协议封装的以太网数据，EOE允许通过EtherCAT传输标准以太网帧（如TCP/IP、UDP）；

ecat.adp==0x03e9：指定从站地址为 0x03e9（十进制1001），用于单个从站点对点通信；

ecat.adp==0xffff：表示广播命令，主站向所有从站同时发起操作。

应用场景

此过滤规则可用于同时监控：

主站对某个从站（或全部从站）的工作模式控制行为；

通过EOE传输的数据帧（常见于使用TCP/IP通信的EtherCAT从站，如带IP接口的远程IO模块或工业摄像头）；

下面是使用Wireshark实际抓包情况：

4. EtherCAT EOE抓包TCP报文

首先我们修改工程目录下的 src/hal_entry.c 文件，将该文件全部替换为如下代码：

•  

/* * Copyright (c) 2006-2024, RT-Thread Development Team * * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 * * Change Logs: * Date           Author        Notes * 2024-03-11     Wangyuqiang   first version */#include #include "hal_data.h"#include #include #include #include #include #include #define BUFSZ       (1024)static const char send_data[] = "This is TCP Server from RT-Thread.";void hal_entry(void){    rt_kprintf("\nHello RT-Thread!\n");    rt_kprintf("==================================================\n");    rt_kprintf("This example project is an ethercat eoe routine!\n");    rt_kprintf("==================================================\n");}static void tcpserv(void *parameter){    char *recv_data; /* 用于接收的指针，后面会做一次动态分配以请求可用内存 */    socklen_t sin_size;    int sock, connected, bytes_received;    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;    rt_bool_t stop = RT_FALSE; /* 停止标志 */    int ret;    recv_data = rt_malloc(BUFSZ + 1); /* 分配接收用的数据缓冲 */    if (recv_data == RT_NULL)    {        rt_kprintf("No memory\n");        return;    }    /* 一个socket在使用前，需要预先创建出来，指定SOCK_STREAM为TCP的socket */    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)    {        /* 创建失败的错误处理 */        rt_kprintf("Socket error\n");        /* 释放已分配的接收缓冲 */        rt_free(recv_data);        return;    }    /* 初始化服务端地址 */    server_addr.sin_family = AF_INET;    server_addr.sin_port = htons(5000); /* 服务端工作的端口 */    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));    /* 绑定socket到服务端地址 */    if (bind(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)    {        /* 绑定失败 */        rt_kprintf("Unable to bind\n");        /* 释放已分配的接收缓冲 */        rt_free(recv_data);        return;    }    /* 在socket上进行监听 */    if (listen(sock, 5) == -1)    {        rt_kprintf("Listen error\n");        /* release recv buffer */        rt_free(recv_data);        return;    }    rt_kprintf("\nTCPServer Waiting for client on port 5000...\n");    while (stop != RT_TRUE)    {        sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);        /* 接受一个客户端连接socket的请求，这个函数调用是阻塞式的 */        connected = accept(sock, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);        /* 返回的是连接成功的socket */        if (connected < 0)        {            rt_kprintf("accept connection failed! errno = %d\n", errno);            continue;        }        /* 接受返回的client_addr指向了客户端的地址信息 */        rt_kprintf("I got a connection from (%s , %d)\n",                   inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));        /* 客户端连接的处理 */        while (1)        {            /* 发送数据到connected socket */            ret = send(connected, send_data, strlen(send_data), 0);            if (ret < 0)            {                /* 发送失败，关闭这个连接 */                closesocket(connected);                rt_kprintf("\nsend error,close the socket.\r\n");                break;            }            else if (ret == 0)            {                /* 打印send函数返回值为0的警告信息 */                rt_kprintf("\n Send warning,send function return 0.\r\n");            }            /* 从connected socket中接收数据，接收buffer是1024大小，但并不一定能够收到1024大小的数据 */            bytes_received = recv(connected, recv_data, BUFSZ, 0);            if (bytes_received < 0)            {                /* 接收失败，关闭这个connected socket */                closesocket(connected);                break;            }            else if (bytes_received == 0)            {                /* 打印recv函数返回值为0的警告信息 */                rt_kprintf("\nReceived warning,recv function return 0.\r\n");                closesocket(connected);                break;            }            /* 有接收到数据，把末端清零 */            recv_data[bytes_received] = '\0';            if (strcmp(recv_data, "q") == 0 || strcmp(recv_data, "Q") == 0)            {                /* 如果是首字母是q或Q，关闭这个连接 */                closesocket(connected);                break;            }            else if (strcmp(recv_data, "exit") == 0)            {                /* 如果接收的是exit，则关闭整个服务端 */                closesocket(connected);                stop = RT_TRUE;                break;            }            else            {                /* 在控制终端显示收到的数据 */                rt_kprintf("RECEIVED DATA = %s \n", recv_data);            }        }    }    /* 退出服务 */    closesocket(sock);    /* 释放接收缓冲 */    rt_free(recv_data);    return ;}static int tcpserv_app(void){    rt_thread_t tcps = rt_thread_create("tcpserv", tcpserv, RT_NULL, 2048, 18, 10);    if(tcps != RT_NULL)    {        rt_thread_startup(tcps);    }    return 0;}

编译下载后重新烧录程序并启动，在从站成功连接到主站后，执行 tcpserv_app 指令来启动一个 TCP Server：

同时我们打开 TCP 测试软件，配置 TCP 客户端，配置信息如下：

目标IP：192.168.10.100（从站IP）

目标端口：5000

同时打开 Wireshark ，查看 EtherCAT EOE网络下的 TCP报文能够被成功捕获：

 

附录1 EtherCAT通信服务命令

EtherCAT 子报文所有的服务都是以主站操作描述的。数据链路层去规定了从站内部物理存储、读写和交换（读取并马上写入）数据的服务。读写操作和寻址方式共同决定了子报文的通信服务类型， 由子报文头中的命令字节表示：

主站接收到返回数据帧后，检查子报文中的WKC，如果不等于预期值，则表示此子报文没有被正确处理。子报文的WKC预期值与通信服务类型和寻址地址相关。子报文经过某一个从站时，如果是单独地读或写操作， WKC 加1 。如果是读写操作， 读成功时WKC加1，写成功时WKC 加2 ，读写全部完成时WKC加3，子报文由多个从站处理时， WKC是各个从站处理结果的累加。

 

附录2 EtherCAT状态码