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随着工业化与信息化进程的不断交叉融合,越来越多的信息技术应用到了工业自动控制领域,其中以太网技术正在整个工业控制系统网络中发挥巨大的作用。然而,不同于传统以太网的所面对的信息安全威胁,工业控制系统的功能安全事件往往会导致更严重的事故,除了会造成巨额的财产设备损失外,更会危害工作人员的生命安全。现今,工业以太网技术正随着现场总线与可编程控制系统的发展而飞速进步,而工业自动控制系统对于安全相关设备的需求正不断扩大,对信息安全和功能安全性能的整体要求也在不断提升,传统的工业安全协议技术已经不再适用复杂的实时工业以太网通讯环境。本文旨在研究开源实时以太网功能安全协议openSAFETY的高性能实现方案,主要的研究内容和创新点有：1)在实现工业以太网协议Ethernet POWERLINK的基础上设计了openSAEFTY站点的PCP-AP通用平台架构：通过FPGA硬件解决方案实现POWERLINK主体通信部分,使用AM335x高性能处理器实现openSAFETY安全应用功能。该PCP-AP架构能为POWERLINK提供优越的网络通信性能,同时能将主芯片从POWERLINK的占用资源中释放出来,从而为上层openSAFETY协议的安全应用提供更快速稳定地处理性能。2)本文针对PCP-AP架构提出了具体的硬件设计方案和软件解决方案,改进了openSAFETY功能安全协议,提出了基于POWERLINK的安全协议栈结构,并结合实验测试和数据分析验证了该平台高速实时的数据传输性能和openSAFETY安全机制的实现,为工业以太网功能安全协议的高性能实现打下基础。3)为了进一步增强安全网络的安全可靠性,本文设计了openSAFETY安全冗余结构和POWERLINK双网冗余、环网冗余、多主冗余方案。针对openSAFETY系统在信息安全措施上的不足,本文引入了可信计算技术,设计了可信计算控制模块的硬件结构和基于可信链的软件安全机制。