摘要：EtherCAT是一种实时工业以太网协议。链路冗余技术的使用是实现链路稳定性和可靠性的重要手段。介绍了基于FPGA的EtherCAT链路冗余的原理，旨在通过FPGA实现主站与从站，从站与从站之间通信链路和冗余链路的自动切换，从而实现EtherCAT链路冗余。该测试验证了该方法的可行性，并提高了EtherCAT系统的可靠性和可维护性。 0简介EtherCAT最初是德国Beckhoff基于标准以太网技术提出的工业以太网。它是一种具有灵活网络拓扑的技术[1]。 EtherCAT技术的优点是速度快，同步性能好，支持多种拓扑，标准以太网帧和高带宽利用率[2]。工业以太网中的冗余技术是提高以太网系统可靠性和可维护性的最有效手段之一[3]。链路冗余是一种补救措施，用于处理网络端口故障（包括主网卡本身的故障和连接）和链路故障（指从节点之间的链路断开，例如网络电缆的断开） 。通常，在对系统稳定运行的要求较高的情况下，有必要应用链路冗余技术。链路冗余是一种单一的容错机制，也就是说，如果链路在某个点发生故障，它仍然可以保持与每个从站的数据传输。恢复通信后，主通信方向也将恢复。如果通信在多个地方中断，则必须先恢复所有状态，然后再发生另一错误。文献[4]介绍了一种工业以太网EtherCAT冗余和热插拔技术。此方法使用环形冗余结构将最后一个ESC节点连接到主站。尽管该方法可以解决单点故障，但是修复故障时需要切断电源，无法解决多点故障。为了解决这个问题，本文介绍了基于FPGA的EtherCAT的链路冗余原理，并设计了主站与从站之间，从站与从站之间通信链路与冗余链路之间的自动切换。通过FPGA。 EtherCAT链路冗余的实现提高了EtherCAT系统的可靠性和可维护性。 1 EtherCAT原理EtherCAT是一种实时工业以太网技术，采用主从结构，如图1所示。主站向每个从站发送一个以太网帧，从站从中提取相应的数据。通过寻址将数据帧或将数据插入数据帧，然后将数据帧发送到下一个EtherCAT从站。最后一个EtherCAT从站发送回已完全处理的消息，而第一个从站发送响应消息给主站。主站使用标准的以太网接口卡或具有以太网接口的嵌入式工业控制计算机，EtherCAT从站使用专用的从站控制芯片ESC，并采用接收和转发机制。以太网帧可以在两个方向上传递，但只能通过以太网帧。只有从下行链路报文的方向输入时，才可以处理相应的消息。如果未连接指定的转发网络端口，则ESC将自动按照原始条目返回以太网帧。 EtherCAT数据直接使用以太网数据帧，并且使用的帧类型为0x88A4。 EtherCAT数据包括2 B报头和44 B〜1 498 B数据。数据区域由一个或多个EtherCAT子消息组成，每个子消息对应一个独立的设备和从站存储区域。每个EtherCAT子消息都包含一个子消息头，数据字段和相应的工作计数器（WKC）。子消息寻址到从节点并交换数据后，工作计数器将增加以记录子消息的处理状态。在子消息头中，8位命令字节指定子消息类型（读写类型，寻址类型）； 8位索引号给出了子消息代码。 32位子消息地址指定了从站的工作地址，寻址类型定义了寻址方式。 8位长度用于指示消息数据区域中的字节数； R是4位的保留位； 4位M指示此消息是否为最后一条消息；当前保留16位中断。 2基于FPGA的链路冗余原理在EtherCAT通信链路的运行过程中，可能会出现严重故障。