如何选取符合EN50159（IEC62280/GBT24339）标准的轨道交通通信、信号和处理系统中安全相关的传输系统

第二节 如何选择硬件 拿 EtherCAT 伺服驱动器作为从站硬件举例，EtherCAT 伺服驱动器的开发方案有多重选项： （1）纯总线驱动器，不带脉冲、模拟量、液晶等外设。所有指令和操作全部通过 EtherCAT。可以使用的 方案为：ESC+DSP，FPGA（IP 核）+DSP 或单 FPGA（软核/硬核+IP）。KPA 从站协议加载在 DSP、软 核或者硬核上，难度在于 FPGA 的 IP 核与软核技术、FPGA 内部高速总线的应用和调试。 （2）总线+传统驱动器。总线+传统驱动器。同时支持 EtherCAT 和传统的脉冲、模拟量等。可以使用的方 案为：ESC+DSP+FPGA（CPLD），FPGA（IP 核）+DSP。 不管哪种 EtherCAT 伺服驱动器，几个比较重要的方案对比如下 （只是列出常见情况）： KPA 从站协议的作用：使得微控制器（DSP、软核 uBlazer、ARM 硬核）能够处理 ESC 中的数据，完成交互，以及根据 EtherCAT 的运行机制来处理相关事件和过程数据的读写。 器件方案 ESC+DSP+FPGA（或CPLD） FPGA（IP 核）+DSP 只有 FPGA(IP 核) 与非总线伺 服驱动器的 对比 相当于再传统的伺服驱动器 上加了一个 ESC 而已。 FPGA比传统的驱动器多加载了一个 IP 核，用于完成 EtherCAT 通讯。 高效低成本的模式：FPGA 加载 IP 核，完成 EtherCAT、数据交互和 处理、运动控制算法处理等。 也有两种选择：一类是纯 FPGA， 一类是 SoC 器件（ FPGA+A9 ARM）。 KPA 协议栈 移植的关系 KPA 代码直接移植到 DSP： DSP 直接从 ESC 拿一些 EtherCAT 数据，ESC 自动完 成数据采集，不需要对 ESC 做额外的开发。DSP 与 ESC 之间通过 SPI/并口等方式连 接。 1、KPA 代码移植到 DSP：DSP 去拿 FPGA 软核的 EtherCAT 数据； 2、KPA 代码移植到 FPGA 软核（KPA 有 uBlazer 的样机代码）：比如：FPGA 上加载 IP 核，内建一个 uBlazer 的 32 位处理器称为软核，软核上跑 KPA 从 站协议栈。DSP 通过 SPI/并口访问 uBlazer 处理出来的 PDO 和 SDO 数 据。 KPA 代码加载在内建的软核（比如 xilinx 的 uBlazer）或者硬核（比 如xilinx的zynq）（KPA有uBlazer 的 demo+国内团队正在开发的基 于 zynq 的 demo）： 即 FPGA 上集成 ESC 和一个软核 uC，然后用 FPGA 的片内总线与 主控制器交互。 FPGA 的工 作量 FPGA 还是做传统的工作：管 理外设，IO 数据处理等。 （CPLD 任然适用） FPGA 加载 IP 核，除了传统工作量，还 包括了通过加载的 IP核实现 EtherCAT 数据的采集和发送，相当于 FPGA 完成 了 ESC 的功能+管理了需要的外设+IO 数据处理等（CPLD 将不再适用，需要 25k 以上逻辑容量的 FPGA） FPGA 完成了：EtherCAT 数据处 理、运动控制算法、外设管理、IO 运算等等全部工作。 性价比评估 成本相对最高，开发难度小。 现阶段的主流方案。 只是需要考虑DSP与 ESC之 间的数据交互就可以。 成本较低，开发难度适中。 最近比较流行，估计未来比较受欢迎。 多了 IP 核的开发难度。 性价比最高，难度最大，性能最佳： 如果是纯 FPGA，难度在于，（1） 调试从站 IP，（2）调试 uBlazer 软核（kPA 从站协议加载于此）， （3）用 uBlazer 或 FPGA 实现 FOC 等算法。