隨著工業自動化技術的不斷進步，即時資料捕獲和分析的需求不斷增加。尤其在EtherCAT這樣的高性能工業網絡中，精准的封包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封包，並展示其在實際應用中的強大功能。
一、為什麼要使用ProfiShark捕獲封包
1.使用方便：
Profishark作為專用的抓包硬體，在性能、穩定性、精確度上都比普通的抓包工具好很多，並且有一些PLC或者其它無法直接運行wireshark軟體的專用控制器作為EtherCAT主站，這種情況下使用專用的抓包工具會省事很多，並且profishark串聯在網路中帶來的延遲和抖動很低，可以適用於大多數對於時間敏感的工業協議。
2.高解析度時間戳記：
ProfiShark 提供解析度為 8 ns 的硬體時間戳記。ProfiShark 1G+ 和 10G+ 提供多種高級時間戳記功能。 GPS晶片可以檢索UTC時間，並將其與內部PPS同步，典型精度為±32 ns。 ProfiShark 1G+和10G+還可以透過SNTP（使用ProfiShark Manager或CLI工具）檢索時間，或使用內部RTC（即時時鐘），並透過外部PPS訊號同步。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，為資料包的準確和精確的時間戳記提供多種可能的選項。
3.100%高保真流量捕獲：
為所有監控源安裝 TAP 可保證 100% 的網路流量被複製並傳輸到監控工具，實現即時網路監控。
4.TSN支持:
低抖動：ProfiShark能夠捕獲和分析支援Time-Sensitive Networking（TSN）技術的網路流量，並且能夠準確地測量和記錄資料傳輸的時序性，以便進行分析和故障排除。ProfiShark 與協議無關，並且對所有幀、標籤和封裝進行 L1 直通。這包括搶佔幀 (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）。
5.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 在網路中就位，監控埠就可以隨意連接和斷開，而不會中斷網路鏈路。而帶外模式則允許監控來自 SPAN/鏡像埠或外部 TAP 的流量。
二、ProfiShark使用場景
- 抓取乙太網封包
- 搜索封包CRC error
- 比較輸入資料幀和輸出資料幀
- 測量網路幀的抖動和延遲
- 分析主控端發送資料的過程和原理
- 分析處理設備處理網路幀處理流程及原理
- 主控設備即時測量
- 測量和處理設備的回應性能
- 工業乙太網資料的監控與備份
三、技術參數
四、連接方式
在現有的EtherCAT網路中，必須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緊跟在主站之後安裝時，才能完全分析所有輸入和輸出資料，因為有些資料（如LRW命令）會被下游從站的後續輸入資料覆蓋。因此，所選的TAP設備（如ProfiShark 100M）應具有較小的傳播延遲，以避免干擾整個網路的定時。
TAP的“監控”埠需要透過標準乙太網電纜與運行主站檢查軟體的電腦相連。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埠，還有一個可選的5V直流外部電源介面。
- 將 ProfiShark 放在需要監控流量的網站（如 PLC 的乙太網埠、CPU 的乙太網模組、電腦、伺服器等）前方。
- 斷開EtherCAT主站上的乙太網電纜，將其連接到 ProfiShark 的一個乙太網埠。然後，使用適配器附帶的乙太網電纜將ProfiShark 的另一個乙太網埠連接到第一個從站。
- 現在，ProfiShark處於要分析的資料包的線路中，所有流量都透過該 TAP 適配器。
- 確認兩端通信正常之後，將電源埠（USB埠）連接至裝有profishark manager的電腦上，並透過profishark manager或者Wireshark 軟體進行捕獲和分析資料包。
五、如何使用Wireshark分析EtherCAT封包
在使用ProfiShark成功捕獲EtherCAT封包後，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路通訊協定分析工具，它可以幫助我們對捕獲到的EtherCAT封包進行深入的檢查和分析。以下是詳細步驟和技巧：
設置EtherCAT篩檢程式：EtherCAT封包在Wireshark中有特定的篩檢程式可以使用。我們可以透過設置這些篩檢程式來篩選出我們感興趣的封包。例如，要過濾出特定類型的從站進入OP狀態的封包，可以使用以下命令：
ecat.ado == 0x130，這個命令可以説明我們快速找到並分析目標封包。捕獲封包的詳細資訊：一旦捕獲到EtherCAT封包，我們可以查看它們的詳細資訊。點擊封包，可以展開查看其結構和內容，包括EtherCAT封包的頭部資訊、資料區、以及各個欄位的具體值。這些資訊可以説明我們瞭解封包的具體內容和意義。
分析週期性封包：在EtherCAT通信中，每個週期性封包通常包含三個子封包。這些子封包包括邏輯定址、物理定址等資訊。透過分析這些子封包，我們可以瞭解主站與從站之間的資料交換過程。例如，查看LRW（Logical Read/Write）命令，可以看到從站的回應和主站的請求資料。
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。透過Wireshark，我們可以測量封包之間的時間間隔，以評估系統的即時性和穩定性。具體操作是查看兩個封包之間的時間差異，透過Wireshark的“時間顯示格式”功能，可以更直觀地看到這些時間差。
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、封包延遲過長等。透過Wireshark，我們可以檢測並分析這些錯誤。例如，透過設置CRC錯誤篩檢程式，可以快速定位並分析存在問題的封包。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。
資料積累與學習：分析EtherCAT封包是一個需要不斷積累和學習的過程。瞭解和掌握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準。
六、總結
透過使用ProfiShark和Wireshark，我們可以高效地捕獲和分析EtherCAT封包，滿足工業網絡系統對即時資料監控和故障排除的需求。ProfiShark憑藉其高解析度時間戳記、100%高保真流量捕獲、TSN支援及PoE直通功能，為工業自動化網絡提供了強有力的支援。結合Wireshark的強大分析功能，我們能夠詳細查看封包結構、分析週期性封包的時間間隔、檢測並診斷常見的通信錯誤，從而提高系統的性能和可靠性。欲了解更多詳細資訊~立即【與我們聯繫】進行交流和討論。
