随着现代科技的飞速发展,工业领域对网络传输速度和实时性提出了更高的要求,现场总线已难以适应发展的需求,以太网凭借自身的优势越来越多的应用在工业领域,但采用了CSMA/CD的介质访问机制具有通信不确定性,无法满足实时性需求,成为了以太网全面进入工业领域的技术障碍。本文首先分析了工业以太网实时技术的国内外研究动态,综合对比市场上流行的实时以太网,确定了时钟同步和通信调度的方案解决工业以太网的实时性难题。综合分析现有的各种时钟同步实现方案,确定了IEEE1588精确时钟同步方案,选择了性价比更高的硬件开发平台STM32F207IG。分析了IEEE1588运行机制,时钟同步原理,时钟同步精度的影响因素与解决方法,研究了IEEE1588在STM32F207IG处理器上的软件实现方案,实现了PTP状态机,修改了LwIP底层驱动函数以支持PTP报文的发送和接收,硬件捕获的时间戳以增强型描述符的形式交与PTP状态机进行时钟同步,采用Fine模式进行从时钟校正以维持良好的时间线性度,设计实现了从时钟频率调节算法使从时钟的频率跟踪主时钟的频率,以解决主从时钟漂移的问题。分析了XNet协议栈模型和运行过程,为实现Xnet协议在以太网上实时传输数据,设计了实时数据和非实时数据两条通信通道,并在数据链路层之上设计实现了通信调度层,采用划分时隙和报文优先级的机制,对发送到以太网的数据进行调度,从而避免碰撞,增强实时性。最后,本文针对XNet协议在工业以太网中的实时性进行了相关的测试。时钟同步性能测试结果显示从时钟频率调节算法较好的提高了时钟同步精度,时钟同步精度约350ns,为通信调度层的划分时隙机制提供了良好的基础。通信调度测试结果表明通信调度层正确的调度了设备在网络上的数据发送,保证了以太网的实时性。本文提出的时钟同步和通信调度的方案为解决工业以太网实时性问题作了有益的尝试。