基于W5200的雙冗余以太網(wǎng)通信系統(tǒng)應(yīng)用研究

張高明，李維波，華逸飛，范磊，許智豪，徐聰

武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢430070

0 引 言

隨著現(xiàn)代艦船技術(shù)的迅猛發(fā)展，艦船電力系統(tǒng)作為整個(gè)船舶的核心，為其提供行駛動(dòng)力和工作電力，但傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式已經(jīng)無法滿足日益增長的信息交換需求。針對(duì)這種情況，可將成熟的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于艦船動(dòng)力信息系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)船舶內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，提升艦船內(nèi)部信息交換的效率和可靠性［1］。而電力系統(tǒng)內(nèi)部總線承擔(dān)著重要數(shù)據(jù)和命令的傳輸任務(wù)，擁有一種可靠、實(shí)時(shí)、高容錯(cuò)的通信總線對(duì)于艦船能量管理系統(tǒng)至關(guān)重要［2］。因此，通信的穩(wěn)定性越來越被看重，而電力推進(jìn)艦船在航行過程中會(huì)受到風(fēng)、浪、流等多種隨機(jī)不確定因素的干擾，可見對(duì)通信故障情況的處理至關(guān)重要［3］。

因?yàn)樾枰獙?duì)相關(guān)電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算機(jī)與受控設(shè)備之間的通信信息常會(huì)發(fā)生無法預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤［4］，艦船數(shù)據(jù)采集設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜多變，由于傳輸距離、現(xiàn)場(chǎng)狀況等諸多因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致傳輸通道中斷，比如網(wǎng)絡(luò)堵塞、網(wǎng)線斷開、網(wǎng)絡(luò)接口連接器松動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)接口硬件電路故障等，造成網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和可靠性降低，甚至不能正常工作。但系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求卻越來越高，除了滿足正常的數(shù)據(jù)通信之外，還要求網(wǎng)絡(luò)有較高的容錯(cuò)率，需要提高系統(tǒng)與外界通信的可靠性［5］。以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗和兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，并支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如果局部網(wǎng)絡(luò)故障，可能會(huì)造成大范圍的網(wǎng)絡(luò)癱瘓，而工程應(yīng)用中要求網(wǎng)絡(luò)具有零恢復(fù)故障時(shí)間［6］，希望通過在冗余模式下收發(fā)重要的數(shù)據(jù)來避免因故障而引起數(shù)據(jù)丟失。

W5200是一款硬件TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制器，ARM處理器通過SPI接口可以實(shí)現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)的連接。在嵌入式領(lǐng)域，一般以太網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法相對(duì)復(fù)雜，其中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層由芯片硬件實(shí)現(xiàn)，其他層由軟件實(shí)現(xiàn)，因CPU中RAM空間有限，這對(duì)于移植相關(guān)協(xié)議棧有很大的限制［7］。

通信系統(tǒng)發(fā)展至今已經(jīng)較為多元化，最初微控制器（MCU）在艦船上廣泛應(yīng)用時(shí)，多利用CAN，RS-422/485等來將多個(gè)MCU系統(tǒng)組成局域網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)MCU之間的信息交流和共享，這種局域網(wǎng)絡(luò)有很大的優(yōu)勢(shì)，但也存在著透明傳輸?shù)目煽啃缘汀⑼ㄐ判实秃蛡鬏斁嚯x短等弊端。隨著以太網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展，將嵌入式系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，利用全艦的網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)艦船信息化是一種發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)在多用以太網(wǎng)技術(shù)將串口設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集延伸到Internet上的各個(gè)終端，以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和儀器控制。

為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，以太網(wǎng)通信冗余技術(shù)已普遍運(yùn)行于艦船通信系統(tǒng)，因此本文擬闡述將以太網(wǎng)雙冗余通信運(yùn)用于艦船能量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性實(shí)現(xiàn)。以某型艦船能量管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)為背景，對(duì)艦船各能量模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，監(jiān)控將模塊的工作狀態(tài)、溫度、告警狀態(tài)等傳輸給上位機(jī)的過程。鑒于以太網(wǎng)通信傳輸速率高，本文將構(gòu)建基于W5200以太網(wǎng)芯片的雙冗余以太網(wǎng)設(shè)計(jì)，利用W5200控制器的優(yōu)點(diǎn)，提高通信的便捷性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙冗余以太網(wǎng)冗余切換方案，即設(shè)計(jì)兩路獨(dú)立的以太網(wǎng)外圍電路，通過軟件實(shí)現(xiàn)冗余切換功能，即一路故障或線路受損時(shí)，自動(dòng)切換另一路以保證系統(tǒng)與外界設(shè)備通信時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性。

1 冗余技術(shù)

目前，比較常用的冗余方式有并聯(lián)冗余和旁聯(lián)冗余。

1）并聯(lián)冗余。

系統(tǒng)工作時(shí)，只有在所有并行工作的部件都發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)出現(xiàn)故障?？煽啃詳?shù)學(xué)模型如式（1）所示：

式中：RS為系統(tǒng)的可靠度；n為組成系統(tǒng)的部件數(shù)，假設(shè)n個(gè)部件的可靠度均為R0。分析式（1）可知，在采用高可靠性的部件時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求確定部件數(shù)目，可以使并聯(lián)的冗余可靠性更高。

2）旁聯(lián)冗余。

系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)只有一個(gè)組成部件故障時(shí)，檢測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置會(huì)轉(zhuǎn)換至另一個(gè)冗余部件繼續(xù)工作，只有在所有部件都故障時(shí)系統(tǒng)才會(huì)故障，數(shù)學(xué)模型為

式中：R1為工作單元的可靠度；R1，…，Rn為備份部件的可靠度；Rw為故障檢測(cè)及轉(zhuǎn)換裝置的可靠度。分析式（2）可知，故障檢測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置的可靠性要求很高，旁聯(lián)冗余性能與并聯(lián)冗余性能較為相似，但旁聯(lián)冗余可靠性對(duì)檢查與轉(zhuǎn)換裝置的硬件有要求，且切換備件是冷啟動(dòng)，不滿足實(shí)時(shí)性要求，因此，此艦船能量管理通信系統(tǒng)選擇并聯(lián)的冗余方式：對(duì)于需重點(diǎn)采集的部分，會(huì)采用2套采集底箱，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并通信至上位機(jī)，這樣能夠保證重要數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

每個(gè)底箱的雙冗余通信系統(tǒng)利用軟件實(shí)現(xiàn)切換，此冗余設(shè)計(jì)概述為：將兩路以太網(wǎng)連接于不同的IP地址，兩路以太網(wǎng)用于采集同一設(shè)備數(shù)據(jù)，在正常工作時(shí)，一路以太網(wǎng)與上位機(jī)正常連接并傳送數(shù)據(jù)，另一路以太網(wǎng)連接但不通信且處于熱備份狀態(tài)。熱備份指的是兩路以太網(wǎng)都處于正常連接狀態(tài)，一路以太網(wǎng)作為工作通信，另一路以太網(wǎng)作為備用通信，只連接而不通信數(shù)據(jù)，當(dāng)工作以太網(wǎng)通信出現(xiàn)故障后，備用的一路立即開放數(shù)據(jù)通信。

本文將從硬件和軟件2個(gè)方面對(duì)冗余通信進(jìn)行介紹。硬件方面主要從系統(tǒng)各個(gè)組成部分及其對(duì)可靠性的提高上進(jìn)行介紹；軟件方面主要從W5200驅(qū)動(dòng)初始化實(shí)現(xiàn)以及冗余切換策略上進(jìn)行介紹。

2 硬件架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

為實(shí)現(xiàn)艦船能量管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了能夠?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基本工作架構(gòu)為：通過多個(gè)底層采集箱（以圖1中的4個(gè)為范例）實(shí)時(shí)采集外部傳感器測(cè)量的氣溫、電流、濕度、電壓和功率等重要參數(shù)，再將采集的原始測(cè)量數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)通信發(fā)送給上級(jí)系統(tǒng)服務(wù)器（即集控臺(tái)），控制箱通過采集的數(shù)據(jù)對(duì)輸出功率和負(fù)載功率進(jìn)行處理控制，再由數(shù)據(jù)了解艦船航行各個(gè)部件的實(shí)時(shí)情況，并根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整控制，以保證設(shè)備運(yùn)行在安全狀態(tài)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

該架構(gòu)每個(gè)底箱與集控箱之間的通信為雙路以太網(wǎng)，兩路硬件上采用一樣的電路設(shè)計(jì)并相互獨(dú)立，每一路以太網(wǎng)通信為了避免受干擾采取了2次隔離防干擾處理，可以從根本上提高以太網(wǎng)的可靠度。在硬件上實(shí)現(xiàn)了雙路以太網(wǎng)冗余，其中一路為另一路的熱備份工作狀態(tài)。下面，分別對(duì)各部分冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2 數(shù)據(jù)采集中心組成

現(xiàn)對(duì)底箱架構(gòu)進(jìn)行原理分析。硬件整體設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)采集和傳輸系統(tǒng)的控制器選用ARM處理器，基于網(wǎng)絡(luò)控制芯片W5200，實(shí)現(xiàn)雙冗余以太網(wǎng)通信系統(tǒng)方案。選用ARM Cortex-M4內(nèi)核的微控制器STM32系列的配置包括Flash：1 024 KB，SRAM：192 KB，3個(gè)12位ADC，2個(gè)DAC，1個(gè)低功耗RTC，12個(gè)通用16位定時(shí)器，支持全雙工的3線 SPI模式（SCK，MISO，MOSI）。用此高性能ARM處理器達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和控制，系統(tǒng)框架如圖2所示。

因?yàn)樵撓到y(tǒng)建立在ARM嵌入式基礎(chǔ)上，所以該系統(tǒng)通過編制所需的驅(qū)動(dòng)程序，便可以完成對(duì)外部傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和控制輸出，以達(dá)到對(duì)外部傳感器的控制。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制芯片W5200用于網(wǎng)絡(luò)通信，建立TCP/IP協(xié)議的雙冗余網(wǎng)絡(luò)通信，通過CAN1通信傳輸數(shù)據(jù)并顯示于顯示屏上。

此雙冗余以太網(wǎng)系統(tǒng)在通信工作時(shí)設(shè)置其中一條通道為工作通道，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)；另一條通道作為備用通道，僅能接收數(shù)據(jù)。工作中，CPU處理器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通道狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)工作通道出現(xiàn)故障時(shí)，將備用通道切換為工作通道［8］。

2.3 以太網(wǎng)介紹和原理描述

以太網(wǎng)控制芯片W5200內(nèi)部有32 KB的存儲(chǔ)器用于通信數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。使用以太網(wǎng)芯片W5200通過簡單的端口編程，用戶可以實(shí)現(xiàn)想要的以太網(wǎng)通信的應(yīng)用，而不必處理復(fù)雜的以太網(wǎng)控制。W5200非常適合通過單芯片實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧、10/100 Mb以太網(wǎng)MAC和PHY。W5200包含一個(gè)經(jīng)過多年市場(chǎng)驗(yàn)證的硬件TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)的MAC和PHY。硬件TCP/IP協(xié)議支持TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP和PPPoE，這些協(xié)議在各種應(yīng)用領(lǐng)域已得到多年的驗(yàn)證。

這里W5200只提供SPI接口與CPU連接。以太網(wǎng)控制芯片W5200可實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧、10/100 Mb以太網(wǎng)MAC和PHY。W5200內(nèi)部有32 KB的存儲(chǔ)器用于通信數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，可以通過簡單的端口編程［9］。該設(shè)計(jì)硬件采用2個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制芯片W5200，通過2個(gè)不同的網(wǎng)口接以不同的IP地址，利用SPI串口高速通信連接，采用全雙工模式使交換機(jī)能夠同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)控制芯片與ARM處理器連線的關(guān)系如圖3所示。以太網(wǎng)通信使用SPI總線，SPI的時(shí)鐘最高可達(dá)80 MHz，在SPI通信中，ARM處理器作為主機(jī)，W5200作為從機(jī)。圖中：NSS為片選信號(hào)；SCLK為時(shí)鐘信號(hào)；MOSI為主出從入；MISO為主入從出。為了避免對(duì)以太網(wǎng)通信的干擾，這里采用雙層隔離的電路設(shè)計(jì)。首先，從CPU出來的相關(guān)SPI信號(hào)進(jìn)行Ⅰ級(jí)隔離，采用芯片ADuM3150專用SPI隔離器，ADuM3150集成4個(gè)高速通道。4個(gè)通道為NSS，CLK，MI/SO和MO/SI（斜杠“/”表示特定輸入和輸出連接，在隔離器兩端形成對(duì)應(yīng)SPI總線信號(hào)的數(shù)據(jù)路徑），針對(duì)B級(jí)的低傳播延遲或A級(jí)的高噪聲抗擾度進(jìn)行了優(yōu)化。

W5200與RJ45間連接的網(wǎng)絡(luò)變壓器起到了Ⅱ級(jí)隔離的作用，如果不接網(wǎng)絡(luò)變壓器，傳輸距離就會(huì)很受限制，而且當(dāng)接到不同電平網(wǎng)口時(shí)，也會(huì)有影響，外部對(duì)芯片的干擾也很大。網(wǎng)絡(luò)變壓器的作用有：可以增強(qiáng)信號(hào)，使其傳輸距離更遠(yuǎn)；使芯片端與外部隔離，抗干擾能力大大增強(qiáng)，而且對(duì)芯片增強(qiáng)了保護(hù)作用（如雷擊）；當(dāng)接到不同電平（如有的PHY芯片是2.5 V，有的PHY芯片是3.3 V）的網(wǎng)口時(shí)，不會(huì)對(duì)彼此設(shè)備造成影響。因?yàn)檫x用的網(wǎng)絡(luò)變壓器HR961160C上帶有2個(gè)發(fā)光二極管，此設(shè)計(jì)將以太網(wǎng)傳輸速度信號(hào)狀態(tài)和LINKLED連接狀態(tài)表現(xiàn)為二極管的發(fā)光情況，其中SPEED信號(hào)燈亮表示傳輸速度為100 Mb/s，LINKLED信號(hào)燈閃爍表示連接正常。

以上為雙冗余以太網(wǎng)電路設(shè)計(jì)的相關(guān)原理，其使得兩路以太網(wǎng)電路通信不受干擾，使得冗余通信更加可靠。

3 軟件架構(gòu)

ARM處理器采用MDK開發(fā)平臺(tái)的集成開發(fā)環(huán)境，可使用Keil 5軟件結(jié)合C語言和匯編語言進(jìn)行程序開發(fā)，此軟件的在線調(diào)試Debug功能在開發(fā)過程中幫助很大。需要該系統(tǒng)對(duì)輸入輸出的傳感器信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的運(yùn)算與處理，為此，還要在嵌入式系統(tǒng)中編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序。

3.1 W5200驅(qū)動(dòng)的初始化

以太網(wǎng)控制器W5200的驅(qū)動(dòng)程序包括：初始化設(shè)置和收發(fā)數(shù)據(jù)包程序；數(shù)據(jù)采集和處理程序，包括數(shù)據(jù)收發(fā)格式轉(zhuǎn)換和暫存［10］。以太網(wǎng)控制器W5200驅(qū)動(dòng)初始化步驟流程圖如圖4所示。

程序?qū)π酒M(jìn)行協(xié)議所必須的參數(shù)初始化配置，就可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)，包括以下幾部分：

1）對(duì)以太網(wǎng)芯片所需的管腳進(jìn)行初始化配置；

2）設(shè)置網(wǎng)口所需的接收緩存區(qū)和發(fā)送緩存區(qū)的大?。?/p>

3）設(shè)置網(wǎng)關(guān)IP地址、子碼掩碼、MAC地址和本地IP地址；

4）設(shè)置本地端口號(hào)、目的地端口號(hào)和目的地IP地址；

5）初始化網(wǎng)口數(shù)據(jù)區(qū)，初始化網(wǎng)口故障標(biāo)志，在網(wǎng)絡(luò)連接超時(shí)或故障時(shí)網(wǎng)口標(biāo)志會(huì)被設(shè)置為1，以此作為冗余切換的標(biāo)志。

3.2 以太網(wǎng)雙冗余實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過初始化后，程序的每次循環(huán)會(huì)檢查與目標(biāo)端口連接是否超時(shí)（時(shí)間設(shè)置為2 s），若超時(shí)，則設(shè)置錯(cuò)誤標(biāo)志位為1。

本設(shè)計(jì)將2路以太網(wǎng)連接到2個(gè)不同的IP地址，配置完成并創(chuàng)立連接后，將其中一路以太網(wǎng)置于工作通道，開放解析報(bào)文功能，即能夠與上級(jí)控制箱實(shí)現(xiàn)通信功能，實(shí)時(shí)刷新輸入量狀態(tài)和控制輸出量；備份通道在程序中利用錯(cuò)誤標(biāo)志位來控制其通信是否開放，在工作通道正常工作時(shí)只收集數(shù)據(jù)而不對(duì)外開放解析報(bào)文輸出功能，以達(dá)到熱備份的作用。當(dāng)工作一路的以太網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致斷開連接，程序中判據(jù)超時(shí)2 s未連接就令錯(cuò)誤標(biāo)志位為1，切換備用以太網(wǎng)至工作狀態(tài)，解析報(bào)文功能開放輸出，以此實(shí)現(xiàn)冗余切換功能。圖5為雙冗余實(shí)現(xiàn)流程圖。

4 工程化驗(yàn)證

設(shè)計(jì)的控制器會(huì)將收集到的數(shù)字量和模擬量以及輸出的數(shù)字量和模擬量通過以太網(wǎng)向外通信，將控制器作為服務(wù)器，平臺(tái)管理中心作為客戶端。程序設(shè)計(jì)需要從客戶端發(fā)送對(duì)應(yīng)的報(bào)文（顯示當(dāng)前采集的量、控制輸出的量），控制器（即服務(wù)器）會(huì)回傳應(yīng)答報(bào)文，其中應(yīng)答報(bào)文按照協(xié)議顯示客戶端所要求采集的數(shù)字和模擬量，也可顯示控制輸出量的相關(guān)信息。

設(shè)計(jì)的控制器作為Modbus TCP Server（服務(wù)）端，終端設(shè)備為Modbus TCP Client（客戶）端；速率為10/100 Mb/s自適應(yīng)；上位機(jī)訪問周期為100 ms；使用Modbus功能碼：0x03，0x06和0x10，其功能列舉如下：

1）功能碼0x03（讀取保持寄存器）：調(diào)試以太網(wǎng)的AI，DI相關(guān)輸入通信量時(shí)，需要用到功能碼0x03舉例報(bào)文格式，讀取的值根據(jù)服務(wù)器應(yīng)答的數(shù)據(jù)來讀取。

2）功能碼0x06（寫1個(gè)寄存器）：因?yàn)?個(gè)寄存器可暫存2 byte，在只需要發(fā)送2 byte關(guān)于AO，DO數(shù)據(jù)時(shí)，在需要寫入單個(gè)寄存器時(shí)，可用功能碼0x06。

3）功能碼0x10（寫多個(gè)寄存器）：在發(fā)送多個(gè)關(guān)于DO，AO的數(shù)據(jù)時(shí)需要用到功能碼0x10的舉例報(bào)文格式。

測(cè)試以太網(wǎng)通信功能碼0x03情況如圖6所示。由電腦作為客戶端測(cè)試發(fā)送關(guān)于功能碼0x03的報(bào)文格式，控制器作為服務(wù)端回傳數(shù)據(jù)，可以看出，以太網(wǎng)連接正常且客戶端發(fā)送和服務(wù)器應(yīng)答報(bào)文格式均符合要求。

模擬艦船給入信號(hào)，使用信號(hào)發(fā)射器給入控制底箱的采集通道入口，經(jīng)過測(cè)試底箱通過以太網(wǎng)回傳的采集數(shù)據(jù)與給入的信號(hào)在允許誤差之內(nèi)，說明數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確并且通過以太網(wǎng)傳輸無誤，接下來，要對(duì)冗余切換功能進(jìn)行測(cè)試。

為了測(cè)試冗余功能，采用2臺(tái)電腦作為客戶端分別與設(shè)備的2個(gè)網(wǎng)口IP連接，其中一臺(tái)電腦與設(shè)備通信為正常工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和控制輸出，另一臺(tái)電腦與設(shè)備以太網(wǎng)通信處于備份狀態(tài)，只負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)而不輸出。正常工作以太網(wǎng)斷開連接前，一直用另一臺(tái)電腦發(fā)送功能碼對(duì)應(yīng)的報(bào)文格式，確認(rèn)外部不受控制后，人為地將正常工作的以太網(wǎng)通信斷開連接，計(jì)時(shí)斷開連接后備用以太網(wǎng)能夠控制對(duì)外輸出的冗余切換時(shí)間，經(jīng)多次測(cè)試，確實(shí)滿足2 s的切換時(shí)間要求。

5 結(jié) 語

本文以STM32系列為主芯片，用于驅(qū)動(dòng)2個(gè)W5200以太網(wǎng)控制芯片，并在硬件方面對(duì)以太網(wǎng)電路采取雙隔離，設(shè)計(jì)了一種雙冗余以太網(wǎng)通信的控制器。通過Internet，就可以將串口設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集延伸到Internet上的各個(gè)終端，方便地對(duì)艦船能量系統(tǒng)所需參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和儀器控制，并且由于采用了高集成度的ARM嵌入式處理器，并對(duì)通信接口采用了冗余設(shè)計(jì)，使之在一路通道故障的情況下能夠及時(shí)切換至正常的備用通道，加強(qiáng)了其可靠性，使之具有系統(tǒng)小型化、低成本、低功耗、穩(wěn)定運(yùn)行等特點(diǎn)，具有應(yīng)用與推廣價(jià)值。

［1］曲全福，石勵(lì)，王奕.分組傳送網(wǎng)技術(shù)在艦船網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國艦船研究，2013，8（4）：109-115.QU Q F，SHI L，WANG Y.Application of PTN technologies to ship network systems［J］.Chinese Journal of Ship Research，2013，8（4）：109-115（in Chinese）.

［2］陳堯，孫漢旭，賈慶軒，等.空間機(jī)器人冷熱雙冗余CAN總線系統(tǒng)的研制［J］.測(cè)量技術(shù)與儀器儀表，2008，34（2）：83-86，90.CHEN Y，SUN H X，JIA Q X，et al.The implementation of a dual-redundaney CAN bus system for space robot［J］.Application of Electronic Technique，2008，34（2）：83-86，90（in Chinese）.

［3］李洪躍，王錫淮，肖健梅，等.柴電混合電力推進(jìn)船舶負(fù)載頻率H∞魯棒控制［J］.中國艦船研究，2017，12（3）：120-127.LI H Y，WANG X H，XIAO J M，et al.H∞r(nóng)obust control of load frequency in diesel-battery hybrid electric propulsion ship［J］.Chinese Journal of Ship Research，2017，12（3）：120-127（in Chinese）.

［4］劉麗軍，楊耿杰，郭謀發(fā).雙以太網(wǎng)冗余通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005，18（7）：15-16.

［5］謝戰(zhàn)洪.雙冗余CAN-以太網(wǎng)網(wǎng)橋熱切換的研究［J］.電氣技術(shù)，2010（增刊1）：85-87.XIE Z H.Research on a dual redundance can-Ethernet bridge of switch online［J］.Electrical Engineering，2010（Supp 1）：85-87（in Chinese）.

［6］王一茗，張可，陳龍.一種高可靠可控雙冗余以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2014，41（5）：97-101.WANG Y M，ZHANG K，CHEN L.Design and realization of high-available controlling integrated double-redundant Ethernet scheme［J］.Computer Science，2014，41（5）：97-101（in Chinese）.

［7］于慧彬，李小峰，齊鵬.基于雙冗余以太網(wǎng)通信的氣象實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.海洋技術(shù)，2012，31（1）：31-35 YU H B，LI X F，QI P.Design&implementation of acquisition and transmission network system for meteorological real-time data based on dual-redundancy ethernet communication［J］.Ocean Technology，2012，31（1）：31-35（in Chinese）.

［8］許學(xué)雷，孫招鳳，張洪彬.CAN總線雙冗余熱切換系統(tǒng)及熱切換方法：CN201020266922.4［P］.2010-07-16.

［9］夏文，馮國偉，夏武.基于W5200的電能質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電氣技術(shù)，2012（8）：88-91.XIA W，F(xiàn)ENG G W，XIA W.Power quality remote monitoring system design based on W5200［J］.Electrical Engineering，2012（8）：88-91（in Chinese）.

［10］易以鋒，王治國，王雁，等.嵌入式Internet技術(shù)在艦船上的應(yīng)用［J］.中國艦船研究，2008，3（3）：71-73 YI Y F，WANG Z G，WANG Y，et al.Application of embedded Internet technology in ships［J］.Chinese Journal of Ship Research，2008，3（3）：71-73（in Chinese）.