近年来,工业以太网凭借着其开放性、可靠性、易用性、E网到底等优势,逐渐成为了工业控制领域的重要组成部分。在国内,EPA标准作为一个拥有自主知识产权的工业以太网标准也取得了重大的进展,并正式进入现场总线国际标准IEC61158。随着EPA的快速发展,EPA系统的现场设备、现场控制器、网桥等关键技术的开发也迫在眉睫。而作为EPA控制系统的核心,EPA现场控制器设计和开发对EPA的发展有着重大的影响。 本文主要以EPA现场控制器通信模块为研究对象,针对现场控制器通信模块设计中的时间同步设计、通信调度模块、系统定时器设计、网络实时冗余等关键性技术进行深入的研究和讨论。 在当前系统中,设计稳定、可靠的高精度通信调度是通信模块设计的首要任务,而高精度时间同步和高精度时间服务是高精度通信调度的基础。在本系统中,高精度的时间同步和高精度的系统定时器是当前系统设计的重点和难点。在同步系统设计过程中,将晶振补偿算法、时间戳滤波与IEEE1588结合起来极大的提高了系统的同步精度,将同步精度从100us提高到5us以内,达到了us级高精度同步。同时在系统定时器设计过程中,引入了Delta列表算法,克服了传统定时器设计中存在的精度差、效率低的缺点,达到了us级定时精度,同时提高了定时器效率,与高精度时间同步配合为EPA现场控制器所需的高精度时间服务提供了良好的平台。通过以上的工作使系统调度精度达到20us,远高于EPA系统要求的1ms的调度需求。最后针对工业控制网络对可靠性的苛刻要求,提出了透明双网络实时冗余的设计方案,在不影响EPA网络拓扑的条件下,进一步提高了数据传输的可靠性。 文中首先介绍了工业以太网以及EPA的发展历程和最新的进展情况,然后阐述了现场控制器通信模块的设计目标和主要工作。EPA现场控制器通信模块的研究和设计是本文的研究重点,在第三章、第四章中分别针对通信模块的硬件设计和软件设计进行了研究,着重介绍了时间同步、通信调度、高精度系统定时器、透明双网络实时冗余设计等关键技术。硬件设计主要包括网络隔离接口的设计、网卡芯片接口设计以及复位电路的设计,软件设计主要包括系统总体框架设计、时间同步设计、通信调度模块设计、系统定时器设计、操作系统模块设计、透明双网络实时冗余以及双口RAM交互设计,并完成了EPA现场控制器通信模块的