随着工业4.0以及智能制造的发展,生产现场的实时数据和生产管理的非实时数据需要在同一网络中传输,但是当前的工业以太网厂商提出的标准互不兼容,设备间无法直接实现互联,且无法与非实时数据共存。在这种情况下,时间敏感网络TSN(Time Sensitive Network)应运而生,打通了信息技术(IT)层与运营技术(OT)层,打造了工业现场设备互联互通的“一网到底”的新型工业网络架构。各工业以太网厂商都致力于将自身协议向TSN靠拢,保住市场份额。但是一些较小众的不使用标准以太网帧格式实时以太网技术,它们依赖专用通信芯片,无法直接与标准工业以太网融合,需要进行协议转换。本文针对此类非标准实时以太网的协议转换进行了相关研究。本文首先对工业以太网发展历程及网络间协议转换的现状进行了介绍,通过分析现有协议转换方式的不足阐明了本课题的意义。本文通过分析非标准实时以太网协议转换需求,提出“标准网络控制器组包解析+FPGA网关实时转发”的协议转换方法。本文研究了两种典型的非标准实时以太网相关机制,并将其专用通信芯片的组包解析功能和实时通信功能分别用工控机(IPC)和FPGA完成,替代专用通信芯片。本文分别从FPGA实时转发方案、非标准实时以太网数据帧格式研究和上位机组包解析程序开发三个方面阐述本文提出的协议转换方法的关键技术。本文采用课题组自主开发的使用标准以太网帧格式的EtherMAC作为标准实时以太网,针对集总帧通信和单帧轮询通信两种周期通信通信模式,分别以松下RTEX和安川MIII为例,从通信机制及数据帧格式研究、上位机组包解析程序开发和网关FPGA功能实现三个方面详细说明了本方法实现过程。本文在网关FPGA方案的基础上,使用FPGA数字电路实现了 TSN基础功能—IEEE802.1AS时钟同步协议,为后续支持TSN网络奠定基础。本文从最佳主时钟选择、节点间路径延时测量以及时钟同步三个方面讲述了使用FPGA实现IEEE802.1AS时钟同步协议的过程,并采用“跃变同步+频率补偿”的同步方式减小了晶振漂移造成的误差。最后,本文使用RTEX和MIII伺服设备试验台对本文提出的协议转换方法进行试验。结果表明本方法完全满足非标准实时以太网的协议转换需求,且不降低原有协议的传输性能。此外,搭建测试平台对本文“跃变同步+频率补偿”的时钟同步方式的同步精度进行测试,结果表明其时钟精度为亚微秒级,满足工业需求。