一、存储同步管理器（SM）核心概述
- 定义与作用 SM 是 EtherCAT 从站控制器的核心模块，通过组织特定大小的缓存区，由硬件控制主站与从站应用程序对缓存区的访问，核心目标是保障数据交换的一致性 （避免数据错乱）与安全性（防止数据丢失），同时在数据状态改变时产生中断通知双方，减少 CPU 轮询开销。
- 配置基础规则
- SM 配置寄存器从0x800 地址开始，每个 SM 通道占用8 个字节，包含配置寄存器（控制参数）和状态寄存器（运行状态）。
- 操作约束：必须从缓存区起始地址 开始操作，否则操作被拒绝；操作结束地址后，缓存区状态改变，可触发中断或 WDT 脉冲；同一数据帧内不允许两次操作结束地址。
二、SM 通道的两种运行模式
2.1 缓存类型（3 个缓存区模式）
（1）核心特性与适用场景
- 适用场景：周期性过程数据通信（如 PDO 实时控制数据）。
- 核心优势 ：允许主站与从站微处理器随时访问缓存区，接收方可获取最新数据，发送方可随时更新数据；若写速快于读速，旧数据会被覆盖（适用于实时性优先、允许少量数据覆盖的场景）。
- 缓存区分配规则仅配置第 1 个缓存区的地址范围，第 2、3 个缓存区由 SM 自动管理，不可直接访问且不可被其他 SM 通道占用，示例如下表：
| 地址范围 | 缓存区编号 | 访问权限 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 0x1000~0x10FF | 缓存区 1 | 可直接访问 | 主站 / 从站直接读写 |
| 0x1100~0x11FF | 缓存区 2 | 不可直接访问、不可共享 | SM 自动管理的备用缓存 |
| 0x1200~0x12FF | 缓存区 3 | 不可直接访问、不可共享 | SM 自动管理的备用缓存 |
| 0x1300 及以上 | - | 可自由分配 | 其他用途存储空间 |
（2）数据交换原理（状态切换）
以 "主站写数据、从站读数据" 为例，3 个缓存区通过状态切换实现连续数据交换：
- 状态①：缓存区 1 由主站写入数据，缓存区 2 空闲，缓存区 3 由从站读取数据。
- 状态②：主站写缓存区 1 完成后，缓存区 1 与缓存区 2 交换，缓存区 2 变为 "待读"，缓存区 1 变为 "空闲"。
- 状态③：从站读缓存区 3 完成后，缓存区 3 变为 "空闲" 并与缓存区 1 交换，回到可再次读写的初始状态。
- 中断触发：若 SM 控制寄存器（0x0804+N×8）中使能 ECAT 帧或 PDI 中断，每次成功读写后，SM 状态寄存器（0x0805+N×8）会设置中断事件请求，映射到 ECAT 中断请求寄存器（0x0210~0x0211）和 AL 事件请求寄存器（0x0220~0x0221），最终由中断屏蔽寄存器决定是否触发中断信号。
2.2 邮箱类型（1 个缓存区模式）
（1）核心特性与适用场景
- 适用场景：非周期性应用层数据通信（如 SDO 配置数据、设备参数交互）。
- 核心优势 ：采用握手机制，仅 1 个缓存区，确保数据不丢失；只有一端完成数据操作（写 / 读）后，另一端才能访问缓存区。
- 通道分工 ：通常使用两个 SM 通道配合：
- SM0 通道：主站→从站的数据传输（主站写、从站读）。
- SM1 通道：从站→主站的数据传输（从站写、主站读）。
（2）数据交换流程
① 主站写邮箱操作（主站→从站）
| 步骤 | 操作细节 | 关键判断指标 |
|---|---|---|
| 1 | 主站发送 ECAT 帧，写 SM0 通道缓存区，携带顺序编号 Ctr（每次新服务 Ctr+1） | - |
| 2 | 从站接收数据帧，若 FCS 校验正确，SM0 通道状态改变 | 主站检查 WKC（工作计数器）：WKC=1→写成功（状态①）；WKC=0→写失败 |
| 3 | 若 WKC=0（缓存区满，从站未读上次数据），主站等待一段时间后重试 | 重试后 WKC=1→写成功（状态②） |
| 4 | 若数据帧丢失，主站超时后重发相同数据帧 | 从站检测 Ctr 与上次相同→识别为重复数据（状态③） |
② 主站读邮箱操作（从站→主站）
- 从站有数据发送时，先将数据写入 SM1 通道缓存区。
- 主站发送 "读邮箱命令"，携带 Ctr=1；若数据帧丢失，主站检测超时后翻转 SM0 通道控制寄存器的 "重复请求位"（0x0806.1）。
- 从站检测到 "重复请求位" 翻转后，将上次数据重新写入 SM1 通道，并翻转 SM1 通道的 "重复请求应答位"（0x80E.1）。
- 主站轮询到 "重复请求应答位" 翻转后，再次发送读命令，读取数据，WKC=1 表示读成功。
- 主站判断数据有效性：若 Ctr 与上次相同，确认数据无误；若不同，识别为新数据。
三、SM 配置寄存器详细说明
SM 每个通道的 8 字节寄存器包含偏移地址 + 0x0~+0x7，关键参数如下表（以单个 SM 通道为例）：
| 偏移地址 | 位范围 | 寄存器名称 | 关键配置项 | 描述 | 复位值 |
|---|---|---|---|---|---|
| +0x0~+0x1 | 0~16 | 数据物理起始地址 | - | SM 通道处理的第一个字节在从站控制器地址空间的起始地址 | 0 |
| +0x2~+0x3 | 0~16 | SM 通道数据长度 | - | 分配给 SM 通道的数据长度，必须 > 1 才激活；设为 1 时仅使能 WDT | 0 |
| +0x4 | 0~1 | 运行模式 | 00：3 个缓存区模式；01：保留；10：1 个缓存区模式；11：保留 | 选择 SM 通道的缓存区数量模式 | 00 |
| 2~3 | 方向 | 00：读（ECAT 帧读、PDI 写）；01：写（ECAT 帧写、PDI 读） | 设定数据传输方向 | 00 | |
| 4 | ECAT 帧中断使能 | 0：不使能；1：使能 | ECAT 帧读写成功后是否触发中断 | 0 | |
| 5 | PDI 中断使能 | 0：不使能；1：使能 | PDI 读写成功后是否触发中断 | 0 | |
| 6 | WDT 触发 | 0：不使能；1：使能 | 是否通过 SM 通道触发 WDT（看门狗）脉冲 | 0 | |
| 7 | 保留 | - | 预留位，无功能 | - | |
| +0x5 | 0 | 写中断标志 | 1：写成功触发中断；0：读第一个字节后清除 | 指示写操作相关中断状态 | 0 |
| 1 | 读中断标志 | 1：读成功触发中断；0：写第一个字节后清除 | 指示读操作相关中断状态 | 0 | |
| 3 | 单缓存区状态 | 0：缓存区空闲；1：缓存区满（仅 1 个缓存区模式生效） | 邮箱模式下缓存区的占用状态 | 0 | |
| 4~5 | 3 缓存区状态 | 00：缓存区 1；01：缓存区 2；10：缓存区 3；11：无写入（仅 3 个缓存区模式生效） | 指示 3 个缓存区中最后写入数据的缓存区编号 | 11 | |
| +0x6 | 0 | SM 通道使能 | 0：不使能（禁止 SM 控制内存访问）；1：使能（允许 SM 控制内存访问） | 控制 SM 通道是否激活 | 0 |
| 1 | 重复请求 | 0：无；1：请求重复邮箱数据传输（配合 ECAT 帧读邮箱使用） | 主站请求从站重发邮箱数据 | 0 | |
| 6 | ECAT 帧事件锁存 | 0：无操作；1：主站读写缓存区后产生锁存事件 | 记录主站对缓存区的访问事件 | 0 | |
| 7 | PDI 事件锁存 | 0：无操作；1：PDI 读写缓存区或访问起始地址后产生锁存事件 | 记录从站 PDI 对缓存区的访问事件 | 0 | |
| +0x7 | 0 | SM 通道无效控制 | 读：0 = 正常激活，1 = 无效锁定；写：0 = 激活，1 = 请求无效（待当前帧结束） | 控制 SM 通道的激活 / 无效状态 | 0 |
| 1 | 重复请求应答 | 0：无；1：与重复请求位一致，表 PDI 应答重复请求 | 从站对主站 "重复请求" 的应答标志 | 0 |