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实时工业以太网相比传统的现场总线因其传输速度快、数据容量大、实时性和可靠性高等特点,在工业控制领域得到了广泛应用,其中EtherCAT是一种典型的实时工业以太网总线技术。通过自主设计基于EtherCAT的主站通信控制器,将EtherCAT技术引入到机床数控系统(CNC),实现数控系统和多个伺服驱动器之间的高速、实时数据通信。本课题的研究对EtherCAT技术在我国制造领域的应用产生积极的影响和推动作用。主要研究内容如下：探讨课题研究的背景以及实时工业以太网的特点,通过对常用实时工业以太网的性能对比分析,指出EtherCAT总线的优势及目前EtherCAT总线在国内外的研究与应用现状。研究EtherCAT总线技术,深入探讨EtherCAT总线协议,包括系统结构、数据帧结构、寻址方式、分布时钟、通信模式、状态机和应用层协议。分析系统整体结构,设计EtherCAT主站通讯控制器的硬件电路,详述各个功能模块的关键技术和硬件原理图设计,完成高可靠性的硬件电路设计和开发。在软件设计方面,提出基于Xenomai/Linux双内核实时系统的解决方案,实现嵌入式Linux的实时性；利用RTnet构建具有实时网络的Linux系统,在此系统上开发EtherCAT协议栈,实现EtherCAT主站通信控制器的初始化、CNC控制器与EtherCAT从站通信链路的建立及EtherCAT数据帧发送与接收等功能；实现了双口RAM协议来完成EtherCAT主站与CNC的通信。构建系统测试平台,使用诺信数控的CNC系统SDS9-6CNCH和SANYO伺服系统,对EtherCAT主站通信控制器进行系统测试,包括实时性、同步性、可靠性和一致性。测试结果表明：本课题自主开发的EtherCAT通信控制器,符合EtherCAT协议规程,满足系统需求。