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背景
EtherCAT总线技术因低成本、高性能而在工业控制领域得到广泛应用。但现有的EtherCAT主站产品通常无法同时满足线缆冗余和热备份运行的需求。线缆冗余是指当网络中的某根线缆断开时，网络依然能够继续运行。热备份则是指有一个备用的系统，当主系统出现故障时，备用系统可以立即接管工作。

设计方案
为了解决这个问题，文章提出了一种双系统冗余热备主站方案。这个方案包括两个完全相同的主站模块和一个冗余控制模块。两个主站模块可以互为备用，冗余控制模块则负责监视这两个主站模块的状态，并决定哪个主站模块应该处于激活状态，哪个应该处于备用状态。

主站模块：负责控制网络中的从站设备（即被控制的设备）。它有两个以太网接口作为EtherCAT接口，还有一个接口用于两个主站模块之间的数据同步。
冗余控制模块：通过其内部网口切换组件控制仅激活的主站模块接入网络。它还提供两组2选1的网口切换组件，用于在主站模块之间切换网络连接。
硬件设计
主站模块：选用了国产的龙芯2K1000处理器作为主芯片。
冗余控制模块：选用了意法半导体的STM32F107VC微控制器作为主芯片。
软件设计
主站模块：操作系统选用了国产的SylixOS实时操作系统，EtherCAT主站协议栈软件选用了开源的SOEM。
冗余控制模块：操作系统选用了RT-Thread实时操作系统。
实验验证
为了验证这个方案的可靠性，进行了线缆冗余实验和系统切换实验。

线缆冗余实验：断开网络中的某根线缆，观察从站设备是否依然能够继续工作。实验结果表明，所设计的主站保留了线缆冗余的功能。
系统切换实验：模拟主站模块故障，观察备用系统是否能够立即接管工作。实验结果表明，所设计的主站具备双系统冗余热备份的能力，并且在毫秒级时间内完成系统切换。
结论
这种双系统冗余热备EtherCAT主站方案功能完整、性能优秀，既保留了线缆冗余机制，又实现了双系统冗余热备份运行。它的可靠性满足大多数工业控制应用场景对主站控制器的要求。

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