01
EtherCAT技术概览
从现场总线到实时以太网的演进，飞读飞写、集总帧核心原理，主站与从站角色定义。
基础原理
02
主站硬件选型与平台评估
x86 vs ARM vs FPGA，网卡芯片Intel I210/I350 vs Realtek，PCIe与千兆网口延迟对比。
硬件选型
03
Linux内核实时性改造
PREEMPT_RT补丁原理与配置，内核抢占模型选择，内核编译实战。
内核实时
04
实时网卡驱动调优
IGB/IGC/E1000驱动参数优化，NAPI轮询与中断节流，DMA缓冲区大小调整。
网卡驱动
05
主站协议栈选型
IgH EtherLab vs SOEM vs RT-LAB vs openEtherCAT，用户态/内核态对比，许可证与社区活跃度。
协议栈对比
06
IgH主站源码架构分析
master/device/slave模块，mailbox与process data通路，EtherCAT状态机 Init→Pre-Op→Safe-Op→Op。
源码架构
07
IgH主站编译与安装
依赖库libpcap、libnl，内核模块编译，ethercat.conf详解，systemd服务。
编译部署
08
应用层接口与DC同步
ecrt_master_create_domain()、ecrt_domain_reg_pdo_entry_list()，DC同步原理与配置。
APIDC
09
实时周期任务设计
clock_nanosleep()与timerfd实现精确周期，chrt设置优先级，sched_setaffinity绑定CPU。
实时任务
10
内存管理优化
避免动态分配(mmap预分配)，HugeTLB大页内存，cacheline对齐与false sharing预防。
内存优化
11
锁与同步机制
RT-mutex vs spinlock vs atomic，无锁队列(lock-free ring buffer)在PDO交换中的应用。
锁同步
12
系统级隔离技术
isolcpus内核参数，cpuset cgroup隔离，IRQ亲和性设置，避免内核线程干扰。
隔离系统
13
性能基准测试方法论
Cyclictest延迟测试，EtherCAT帧RTT测量，抖动(Jitter)与最差情况执行时间(WCET)分析。
测试性能
14
网络栈优化
套接字缓冲区rmem/wmem，关闭TSO/GRO/LRO，Busy Polling模式。
网络调优
15
多核负载均衡策略
主站线程与从站数据处理分离，RPS/RFS中断分发，Dedicated Core for EtherCAT。
多核负载
16
从站配置优化
ESI/XML解析，PDO映射与SM配置，FMMU设置。
从站配置
17
分布式时钟(DC)深度调校
DC偏移校准，传输延迟测量补偿，时钟漂移补偿算法(PI控制器参数整定)。
DC时钟
18
冗余与热备份
主站冗余A/B网口，介质冗余协议MRP，设备级环网DLR配置与切换时间测试。
冗余高可用
19
异常处理与诊断
总线断线检测，从站丢失恢复，错误帧统计，SDO紧急报文处理。
诊断异常
20
性能监控与可视化
perf top/ftrace跟踪内核延迟，eBPF探针监控帧处理，Grafana+Prometheus仪表盘。
监控可视化
21
Xenomai与IgH集成
Xenomai双内核架构，RTDM驱动编写，IgH在Xenomai下编译运行，与PREEMPT_RT对比。
Xenomai集成
22
用户态主站实现
基于SOEM纯用户态方案，DPDK加速网络I/O，UIO与VFIO直通。
用户态DPDK
23
工业现场总线网关
EtherCAT转PROFINET/EtherNet/IP，网关延迟分析，协议转换数据一致性保证。
网关协议转换
24
大规模从站网络优化
从站>100拓扑设计，帧碎片化与WKC管理，总线负载计算。
大规模拓扑
25
安全功能集成
EtherCAT Safety over EtherCAT (FSoE)，安全主站配置，安全PDO与CRC校验。
安全FSoE
26
虚拟化环境下的EtherCAT
KVM+VFIO直通网卡，RT-Linux作为虚拟机，宿主机隔离(CPU pinning+巨页)。
虚拟化KVM
27
固件与Bootloader优化
从站EEPROM配置(SII)，主站启动时间优化，快速初始化序列设计。
固件启动
28
案例实战：六轴机器人控制器
关节伺服驱动配置，插补周期1ms实现，同步误差<1μs调试记录。
实战机器人
29
案例实战：高速数据采集系统
模拟量输入从站EL3xxx配置，10kHz同步采样，数据流零拷贝传输。
实战采集
30
综合调校与验收
性能指标定义(周期抖动、同步误差、总线利用率)，调校Checklist，验收报告模板。
验收调校