CN114205263A - 用于Ether CAT网络的通信方法、系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业以太网实时通信技术领域，申请一种用于Ether CAT网络的通信方法，所述Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，所述主站通过主用链路和冗余链路连接每个所述从站，所述通信方法应用于从站，包括：通过主用链路接收第一路报文，并通过冗余链路接收第二路报文；在满足第一预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文；根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记；通过所述主用链路和冗余链路分别发送携带有链路状态标记的报文。本申请实现了链路故障的在线监测功能，并且能够快速且准确地对链路的故障位置点进行定位。本申请还申请一种用于Ether CAT网络的通信系统和存储介质。

Description

用于Ether CAT网络的通信方法、系统和存储介质

技术领域

本申请涉及工业以太网实时通信技术领域，例如涉及一种用于Ether CAT网络的通信方法、系统和存储介质。

背景技术

目前，EtherCAT(Ethernet Control Automation Technology，以太网控制自动化技术)协议是目前工业以太网中一种主流的总线通讯协议，EtherCAT网络采用主从结构，主站和从站之间通过以太网总线连接，主站配置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，从站使用专用的从站控制ESC(Ether CAT Slave Controller，以太网控制自动化技术从属控制器)芯片。为了保证发生故障时系统的正常协同工作，现有的一种实时工业以太网Ether CAT冗余系统的时钟同步方法，用PC机作为主站，连接若干个Ether CAT从站组成Ether CAT冗余系统，PC机上装有两个网卡，分别为网卡1和网卡2，主站包括发送单元和接收单元；所述时钟同步方法包括以下步骤：A1，主站进行故障判别及故障检测步骤，根据判别和检测结果选择不同帧传输策略，A2，计算传输时延，A3，修正从站时间。

在实现本申请实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

现有的Ether CAT冗余系统虽然能够保证发生故障时系统的正常协同工作，但是缺少链路故障的在线监测功能，并且无法快速且准确地对链路的故障位置点进行定位。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本申请实施例提供了一种用于Ether CAT网络的通信方法、系统和存储介质，在提供冗余保护的情况下，实现链路故障的在线监测和链路的故障位置点的精确定位。

在一些实施例中，所述Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，所述主站通过主用链路和冗余链路连接每个所述从站，所述通信方法应用于从站，包括：

通过主用链路接收第一路报文，并通过冗余链路接收第二路报文；

在满足第一预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文；

根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记；

通过所述主用链路和冗余链路分别发送携带有链路状态标记的报文。

在一些实施例中，所述Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，所述主站通过主用链路和冗余链路连接每个所述从站，所述通信方法应用于主站，包括：

通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文，以使报文依次遍历每个从站；

通过所述主用链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文，并通过冗余链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文；

在满足第二预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文；

根据报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位。

在一些实施例中，所述系统包括主站和多个从站，其中，所述主站通过主用链路和冗余链路连接每个所述从站，所述从站包括：

ESC芯片；

FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)功能模组，被配置为通过背板总线以双链路的形式接收和转发两路以太网报文，并执行如本申请所述的用于Ether CAT网络的通信方法。

在一些实施例中，所述存储介质，存储有程序指令，所述程序指令在运行时，执行如本申请所述的用于Ether CAT网络的通信方法。

本申请实施例提供的用于Ether CAT网络的通信方法、系统和存储介质，可以实现以下技术效果：

本申请的每个从站通过根据的链路状态，在以太网报文的指定位置处进行链路状态标记，使得以太网报文通以环回至主站后，主站能够根据以太网报文中每个从站对应的链路状态标记，以对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位，实现了链路故障的在线监测功能，并且能够快速且准确地对链路的故障位置点进行定位。同时，主站通过双链路的形式连接所述从站，形成两条上联通道和两条下行通道，从而形成冗余保护，使得在其中一条链路发生故障时，保证系统仍然能够正常协同工作。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本申请提供的一个用于Ether CAT网络的通信方法的示意图；

图2是本申请提供的另一个用于Ether CAT网络的通信方法的示意图；

图3是本申请提供的根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记方法的示意图；

图4是本申请提供的以太网报文的数据结构示意图；

图5是本申请提供的另一个用于Ether CAT网络的通信方法的示意图；

图6是本申请提供的另一个用于Ether CAT网络的通信方法的示意图；

图7是本申请提供的根据报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位方法的示意图；

图8是本申请提供的另一个用于Ether CAT网络的通信方法的示意图；

图9是本申请提供的Ether CAT网络的拓扑示意图；

图10是本申请提供的Ether CAT网络的主站的结构示意图；

图11是本申请提供的Ether CAT网络的从站的结构示意图；

图12是本申请提供的一个用于Ether CAT网络的通信装置的示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本申请实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。

Ether CAT协议是一种实时工业以太网技术，其采用主从结构，主站和从站之间通过以太网总线连接，主站配置使用标准的以太网接口网卡或具有以太网接口的嵌入式工业控制计算机，EtherCAT网络的从站使用专用的从站控制ESC芯片。在通信过程中，主站发送下行的以太网报文即报文给从站，每个从站通过寻址从数据帧中抽取对应的数据或将数据插入数据帧指定位置，完成数据处理后，从站通过硬件把该数据帧的工作计数器(WorkingCounter，WKC)加1，然后将该以太网报文传输到下一个从站。同时，从站控制ESC芯片提供了环回通信机制，在最后一个从站处理完成后对报文进行环回，并经由第一个从站作为响应报文发送回给主站，完成整个通信过程。

在现有的Ether CAT网络中，由于从站之间存在一定的转发依赖关系，下一级从站依靠上一级从站的数据转发。因此，在主用链路上出现中断时，整条链路中断点以下的从站都会受到波及从而导致较大面积的系统通信故障。在工业生产网现场，网络环境相对严苛，存在高温、高湿或高辐射等强干扰环境因素，同时，工业生产网现场的链路稳定性受人为干扰也较大，诸多因素都对Ether CAT网络的安全性和稳定性提出了较高地挑战，也对EtherCAT网络的可靠性提出了更进一步的要求。

在提高Ether Cat网络系统的可靠性上，进行链路的冗余设计是一种有效的手段。目前业界存在不同的Ether CAT网络的冗余方法，如将主站进行优化设计，将拓扑在逻辑上组成环路，保证一定的链路冗余能力；或者，将主从站均进行优化设计，在链路上进行双路由备份，保证链路的冗余保护能力提升可靠性。

但是，以上方法在冗余保护的性能方面均存在一定的缺陷，例如冗余设计会增加的链路时延，以及冗余保护链路选择切换时会存在的丢包等问题，同时，如何实现链路故障点的定位，也是一个亟待解决的技术问题。

为了解决上述技术问题，结合图1所示，本申请实施例提供一种用于Ether CAT网络的通信方法，Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，主站通过主用链路和冗余链路连接每个从站，本申请通过对每个从站进行优化，在从站上设置FPGA功能模组，FPGA功能模组针对从站的上联和下行各设置两条连接链路，即主用链路和冗余链路，以实现Ether CAT网络的主站与从站以及从站与从站之间的链路冗余功能。同时，在链路冗余的功能实现上，通过双发选收的保障机制，实现部分链路故障情况下的无损保护以及故障定位。

其中，通信方法应用于从站，包括：

步骤101：通过主用链路接收第一路报文，并通过冗余链路接收第二路报文。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的每个从站通过主用链路接收第一路报文，并通过冗余链路接收第二路报文，以实现双路通道接收以太网报文。

步骤102：在满足第一预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的每个从站根据第一预设条件，按照报文上传的顺序，分别对第一路报文和第二路报文进行重复判定，若第一路报文与上一次处理过的报文相同，则将第一路报文丢弃，不相同则转发；若第二路报文与上一次处理过的报文相同，则将第二路报文丢弃，不相同则转发，从而实现了两路报文的及时快速的转发，同时，避免了在链路发生中断的情况下，同一链路的两个相邻报文之间相隔时间很长，导致第二个报文始终不到，导致系统处于长时间等待的状态的问题，避免了逻辑执行上的漏洞。

步骤103：根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的每个从站根据当前的链路状态，在接收到的报文中对报文的状态指示位进行设置，从而通过状态指示位形成链路状态标记，以形成可以携带的链路状态信息。

步骤104：通过主用链路和冗余链路分别发送携带有链路状态标记的报文。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的每个从站通过主用链路和冗余链路分别发送携带有链路状态标记的报文，以实现通道双发，将携带有链路状态标记的以太网报文通过两条下行通道双发至下一个从站，或者，经由链路环回，以使带有链路状态标记的以太网报文，通过两条上联通道双发至主站。

采用本申请实施例提供的用于Ether CAT网络的通信方法，通过每个从站根据链路状态，在以太网报文的指定位置处进行链路状态标记，使得以太网报文通以环回至主站后，主站能够根据以太网报文中每个从站对应的链路状态标记，以对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位，实现了链路故障的在线监测功能，并且能够快速且准确地对链路的故障位置点进行定位。同时，主站通过双链路的形式连接从站，形成两条上联通道和两条下行通道，从而形成冗余保护，使得在其中一条链路发生故障时，保证系统仍然能够正常协同工作。

结合图2所示，本申请实施例提供另一种用于Ether CAT网络的通信方法，EtherCAT网络包括主站和多个从站，其中，主站通过主用链路和冗余链路连接每个从站，通信方法应用于从站，包括：

步骤201：通过先入先出队列的顺序接收第一路报文和第二路报文。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的每个从站对于来自于主用链路的第一路报文和冗余链路的第二路报文，采用先入先出队列(First Input First Output，FIFO)的顺序执行方法，按照先进先出的顺序对第一路报文和第二路报文进行排序。

步骤202：计算先接收到的报文的特征值。

在本申请的实施例中，若从站先接收到第一路报文，则先计算第一路报文的特征值作；若从站先接收到第二路报文，则先计算第二路报文的特征值作；其中，该特征值可以是哈希校验值或循环冗余校验码。

步骤203：判断先接收到的报文的特征值与存储在从站缓存中的特征值是否相同；若否，则执行步骤204：若是，则将报文丢弃。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的每个从站通过将报文的特征值与前一次缓存在从站缓存中的前一次缓存进行比较，若不相同则说明先接收到的报文与前一次的报文并不重复，若相同则说明先接收到的报文与前一次的报文重复，可以直接丢弃。

步骤204：将先接收到的报文的特征值更新至从站缓存中，同时将先接收到的报文转发。

在本申请的实施例中，在先接收到的报文的特征值与存储在从站缓存中的特征值不相同的情况下，将先接收到的报文的特征值更新至从站缓存中作为新的特征值，并将先接收到的报文转发以进行链路诊断标识。

步骤205：计算后接收到的报文的特征值。

在本申请的实施例中，根据先入先出队列的顺序执行方法，在优先收到的报文处理完成后，开始处理后接收到的报文，即若从站后接收到第一路报文，则后计算第一路报文的特征值；若从站后接收到第二路报文，则后计算第二路报文的特征值；其中，该特征值可以是哈希校验值或循环冗余校验码。

步骤206：判断后接收到的报文的特征值与存储在从站缓存中的特征值是否相同；若否，则执行步骤207：若是，则将报文丢弃。

步骤207：将后接收到的报文的特征值更新至从站缓存中，同时将后接收到的报文转发。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的每个从站通过判断当前报文的特征值与存储在从站缓存中的特征值是否相同；若是，则表明当前收到的报文与之前收到的报文相同，从而将当前收到的报文丢弃；若否，则表明当前收到的报文与之前收到的报文不相同，从而将当前收到的报文进行转发并更新从站缓存中的特征值用于下一次报文的重复判断。

这样，通过基于FIFO的重复判定，将按照先后顺序接收到的两路报文分别进行判断去重，实现了双发选收的保障机制，在提高数据处理效率的同时，实现部分链路在故障情况下的无损保护。

可选地，结合图3所示，根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记，包括：

步骤301：根据主用链路的上联通道的链路状态，设置第一比特位。

步骤302：根据冗余链路的上联通道的链路状态，设置第二比特位。

步骤303：根据主用链路的下行通道的链路状态，设置第三比特位。

步骤304：根据冗余链路的下行通道的链路状态，设置第四比特位。

在本申请的实施例中，在第一比特位、第二比特位、第三比特位或第四比特位为第一设定值的情况下，表示链路状态为正常状态，在第一比特位、第二比特位、第三比特位或第四比特位为第二设定值的情况下，表示链路状态为故障状态。

例如，结合图4所示，在以太网报文中存储有每个从站对应的子报文，在每个从站对应的子报文的子报文头部中存在一个4比特位的保留字段R，包括最高位、次高位、次低位和最低位，分别对应第一比特位、第二比特位、第三比特位和第四比特位。同时，链路状态标记与四个比特位的对应关系如下表1所示：

表1

其中，0表示链路状态为正常，1表示链路状态为正常为故障。即在主用链路的上联通道出现故障的情况下，状态指示位表示为1000；在主用链路的上联通道和主用链路的下行通道均出现故障的情况下，状态指示位表示为1010，以此类推。

这样，通过在每个从站对应的子报文头部的保留字段R进行链路状态标识，从而更好地节省了数据占用空间，提升了数字利用的效率，能够准确的使得主站对链路状态进行识别。

结合图5所示，本申请实施例提供另一种用于Ether CAT网络的通信方法，其特征在于，以太网控制自动化技术Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，主站通过双链路的形式连接每个从站，以形成两条上联通道和两条下行通道，主站主要通过软件实现，只配置一个主站控制器，主站使用两个以太网接口分为两条链路进行收发。

其中，通信方法应用于主站，包括：

步骤501：通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文，以使报文依次遍历每个从站。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文，以使报文依次遍历每个从站。

步骤502：通过主用链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文，并通过冗余链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站在最后一个从站环回后，通过主用链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文，并通过冗余链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文，实现报文的双发双收。

步骤503：在满足第二预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站对接收到的两路报文进行重复判定和丢弃，仅一路有效的携带有每个从站的链路状态标记的报文转发以进行后续的故障诊断。

步骤504：根据报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站通过分析报文中每个从站的链路状态标记，以确定每个链路的工作状态，并通过子报文地址进行精确的故障点定位。

本申请的主站根据每个从站的链路状态标记，能够准确判断出每个从站的链路状态，从而实现Ether CAT网络中故障点的在线监测和精确定位。

结合图6所示，本申请实施例提供另一种用于Ether CAT网络的通信方法，其特征在于，以太网控制自动化技术Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，主站通过双链路的形式连接每个从站，以形成两条上联通道和两条下行通道，通信方法，应用于主站，包括：

步骤601：通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文，以使报文依次遍历每个从站。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文，以使报文依次遍历每个从站。

步骤602：通过先入先出队列的顺序接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文和携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站对于来自于主用链路的第一路报文和冗余链路的第二路报文，采用先入先出队列(First Input First Output，FIFO)的顺序执行方法，按照先进先出的顺序对第一路报文和第二路报文进行接收。

步骤603：计算先接收到的报文的特征值。

在本申请的实施例中，若主站先接收到第一路报文，则先计算第一路报文的特征值作；若主站先接收到第二路报文，则先计算第二路报文的特征值作；其中，该特征值可以是哈希校验值或循环冗余校验码。

步骤604：判断先接收到的报文的特征值与存储在主站缓存中的特征值是否相同；若否，则执行步骤605：若是，则将报文丢弃。

步骤605：将先接收到的报文的特征值更新至主站缓存中，同时将先接收到的报文转发。

步骤606：根据先接收到的报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站通过分析报文中每个从站的链路状态标记，以确定每个链路的工作状态，并通过子报文地址进行精确的故障点定位。

步骤607：计算后接收到的报文的特征值。

在本申请的实施例中，根据先入先出队列的顺序执行方法，在优先收到的报文处理完成后，开始处理后接收到的报文，即若主站后接收到第一路报文，则后计算第一路报文的特征值；若主站后接收到第二路报文，则后计算第二路报文的特征值；其中，该特征值可以是哈希校验值或循环冗余校验码。

步骤608：判断后接收到的报文的特征值与存储在主站缓存中的特征值是否相同；若否，则执行步骤609：若是，则将报文丢弃。

步骤609：将后接收到的报文的特征值更新至主站缓存中，同时将后接收到的报文转发。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站通过判断当前报文的特征值与存储在主站缓存中的特征值是否相同；若是，则表明当前收到的报文与之前收到的报文相同，从而将当前收到的报文丢弃；若否，则表明当前收到的报文与之前收到的报文不相同，从而将当前收到的报文进行转发并更新主站缓存中的特征值用于下一次报文的重复判断。

这样，通过基于FIFO的重复判定，将按照先后顺序接收到的两路报文分别进行判断去重，实现了双发选收的保障机制，在提高数据处理效率的同时，实现部分链路在故障情况下的无损保护。

步骤610：根据后接收到的报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站通过分析报文中每个从站的链路状态标记，以确定每个链路的工作状态，并通过子报文地址进行精确的故障点定位。

可选地，结合图7所示，根据报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位，包括：

步骤701：获取每个从站对应的子报文头。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站通过寻址定位操作，确认每个从站对应的子报文的位置，进而获取每个从站对应的子报文头。

步骤702：从每个从站对应的子报文头中，调取状态指示位。

在本申请的实施例中，结合图4所示，本申请Ether CAT网络中的主站根据每个从站对应的子报文头中的保留字段R中，调取4个比特位的状态指示位，即保留字段R中第一比特位、第二比特位、第三比特位和第四比特位的设定值。

步骤703：根据状态指示位对应的设定值，确定主用链路和冗余链路在每个从站的链路状态。

在本申请的实施例中，结合表1所示，本申请Ether CAT网络中的主站根据状态指示位对应的设定值，例如，1000、1010或0101等，确定主用链路的上联通道、冗余链路的上联通道、主用链路的下行通道和冗余链路的下行通道在每个从站的链路状态。

步骤704：根据主用链路和冗余链路在每个从站的链路状态，生成对应的报警信息并发送至上位机设备。

在本申请的实施例中，本申请Ether CAT网络中的主站根据主用链路和冗余链路在每个从站的链路状态，生成对应的报警信息并发送至上位机设备，以使得主站控制模块能够根据上位机的指示进行后续的处理。

这样，通过子报文中的保留字段R形成的链路状态表示，更好地实现在线监测从站的链路状态并在链路故障时定位具体的链路故障点。

在实际应用中，结合图8所示，本申请实施例提供一种用于Ether CAT网络的通信方法，Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，主站通过主用链路和冗余链路连接每个从站，方法包括：

步骤801：主站通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文。

步骤802：从站通过主用链路接收第一路报文，并通过冗余链路接收第二路报文。

步骤803：从站在满足第一预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文。

步骤804：从站根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记。

步骤805：从站通过主用链路和冗余链路分别发送携带有链路状态标记的报文。

步骤806：主站通过主用链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文，并通过冗余链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文。

步骤807：主站在满足第二预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文。

步骤808：主站根据报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位。

结合图9所示，本申请实施例提供一种用于Ether CAT网络的通信系统，其特征在于，包括主站和多个从站，其中，主站通过主用链路和冗余链路连接每个从站。

具体而言，结合图10所示，主站包括：

接收模块1001，被配置为通过两路标准以太网接口接收第一路报文和第二路报文，在缓存后将第一路报文和第二路报文按照先入先出的顺序提交给冗余控制模块；

发送模块1002，被配置为通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文；

冗余控制模块1003，被配置为实现主站的双发选收功能，在发送时调度发送模块进行报文双发，接收时通过接收模块双路接收从站报文，并对接收的第一路报文和第二路报文进行重复判定和丢弃，传递一组有效的报文到故障诊断模块；

故障诊断模块1004，被配置为分析报文中各子报文的保留字段R的设定值，根据设定值确定链路状态，并通过子报文地址进行精确的故障点定位，链路存在故障时上报相应链路故障告警和故障点信息，处理后提交报文给主站控制模块进行后续处理。

主站控制模块1005，被配置为实现整个主站的逻辑控制和流程管理，调度各模块实现发明方案功能。

具体而言，结合图11所示，从站包括：

ESC芯片1101；

FPGA功能模组1102，被配置为通过背板总线以双链路的形式接收和转发两路以太网报文，并执行如本申请的用于Ether CAT网络的通信方法。

可选地，FPGA功能模组1102包括：

合路模块，被配置为通过两路以太网接口，实现双路通道接收以太网报文，并将以太网报文按照先进先出顺序进行缓存和排序，后按照排序顺序转发进入重复判断/丢弃模块进行后续处理。

重复判断模块，被配置为在接收到业务报文时，按照进入顺序对每个报文进行特征值计算，将当前报文特征值和缓存模块中的特征值进行比对(初始上电状态下缓存中特征值为全0，正常报文的特征值始终不为全0)，如果当前报文特征值与缓存中的特征值相同则丢弃该报文，不同则将当前报文的特征值更新到缓存模块中，并将该报文转发到链路诊断标识模块进行后续处理。

链路诊断识别模块，被配置为同时监控从站的上联通道和下行通道的主用/冗余4条链路的连接状态(上联通道表示往主站方向的链路，下行则表示往下游从站方向)，通过以太网接口的连接信号状态进行链路连接状态的故障状态判定。并对重复判定模块转发过来的以太网报文进行子报文寻址定位操作，确定从站对应的子报文的位置。如果判定链路存在故障，则根据寻址到的子报文位置，在子报文的保留字段中进行相应的链路状态标记。

分路模块，被配置为在从站ESC芯片处理完成后，通过所述主用链路和冗余链路分别发送携带有链路状态标记的报文，已将报文继续往下游站点转发或者环回。此时，FPGA模组在接收到背板发送过来的报文，直接通过分路模块将以太网报文双发到两个以太网链路中。

结合图12所示，本申请实施例提供一种用于Ether CAT网络的通信装置，包括处理器(processor)120和存储器(memory)121。可选地，该装置还可以包括通信接口(Communication Interface)122和总线123。其中，处理器120、通信接口122、存储器121可以通过总线123完成相互间的通信。通信接口122可以用于信息传输。处理器120可以调用存储器121中的逻辑指令，以执行上述实施例的用于Ether CAT网络的通信方法。

此外，上述的存储器121中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器121作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本申请实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器120通过运行存储在存储器121中的程序指令/模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中用于EtherCAT网络的通信方法。

存储器121可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器121可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。

本申请实施例提供了一种存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述用于耗材购买的方法。

上述的存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。

本申请实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

以上描述和附图充分地示出了本申请的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例申请的方法、产品等而言，如果其与实施例申请的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所申请的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (10)

1.一种用于Ether CAT网络的通信方法，其特征在于，所述以太网控制自动化技术Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，所述主站通过主用链路和冗余链路连接每个所述从站，所述通信方法应用于从站，包括：

通过主用链路接收第一路报文，并通过冗余链路接收第二路报文；

在满足第一预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文；

根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记；

通过所述主用链路和冗余链路分别发送携带有链路状态标记的报文。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述通过主用链路接收第一路报文，并通过冗余链路接收第二路报文，包括：

通过先入先出队列的顺序接收第一路报文和第二路报文。

3.根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于，所述第一预设条件，包括：

计算报文的特征值；

判断所述报文的特征值与存储在从站缓存中的特征值是否相同；

若是，则将报文丢弃；

若否，则将报文的特征值更新至从站缓存中，并将报文转发。

4.根据权利要求1至3任一项所述的通信方法，其特征在于，所述根据当前从站的链路状态设置报文的状态指示位，形成链路状态标记，包括：

根据主用链路的上联通道的链路状态，设置第一比特位；

根据冗余链路的上联通道的链路状态，设置第二比特位；

根据主用链路的下行通道的链路状态，设置第三比特位；

根据冗余链路的下行通道的链路状态，设置第四比特位；

其中，在所述比特位为第一设定值的情况下，表示链路状态为正常状态，在所述比特位为第二设定值的情况下，表示链路状态为故障状态。

5.一种用于Ether CAT网络的通信方法，其特征在于，所述以太网控制自动化技术Ether CAT网络包括主站和多个从站，其中，所述主站通过双链路的形式连接每个所述从站，以形成两条上联通道和两条下行通道，所述通信方法，应用于主站，包括：

通过主用链路发送第一路报文，并通过冗余链路发送第二路报文，以使报文依次遍历每个从站；

通过所述主用链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文，并通过冗余链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文；

在满足第二预设条件的情况下，转发第一路报文和/或第二路报文；

根据报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位。

6.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于，所述通过所述主用链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文，并通过冗余链路接收携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文，包括：

通过先入先出队列的顺序接收携带有每个从站的链路状态标记的第一路报文和携带有每个从站的链路状态标记的第二路报文。

7.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于，所述第二预设条件，包括：

计算报文的特征值；

判断所述报文的特征值与存储在主站缓存中的特征值是否相同；

若是，则将报文丢弃；

若否，则将报文的特征值更新至主站缓存中，并将报文转发。

8.根据权利要求5至7任一项所述的通信方法，其特征在于，所述根据报文中携带的每个从站的链路状态标记，对每个从站的链路状态进行监测并对故障位置点进行定位，包括：

获取每个从站对应的子报文头；

从每个从站对应的子报文头中，调取状态指示位；

根据所述状态指示位对应的设定值，确定所述主用链路和冗余链路在每个从站的链路状态；

根据所述主用链路和冗余链路在每个从站的链路状态，生成对应的报警信息并发送至上位机设备。

9.一种用于Ether CAT协议的通信系统，其特征在于，包括主站和多个从站，其中，所述主站通过主用链路和冗余链路连接每个所述从站，所述从站包括：

以太网控制自动化技术ESC芯片；

现场可编程门阵列FPGA功能模组，被配置为通过背板总线以双链路的形式接收和转发两路以太网报文，并执行如权利要求1至4任一项所述的用于Ether CAT网络的通信方法。

10.一种存储介质，存储有程序指令，其特征在于，所述程序指令在运行时，执行如权利要求1至8任一项所述的用于Ether CAT网络的通信方法。

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