FSoE的应用场景

在工厂的生产过程中，为了保障现场生产设备、生产人员的安全，需要在机械设备上、设备上下料过程中、人员操作环节，以及机械设备周围设置多种用于检测和控制的安全装置。

例如，机械设备、上下料中的急停装置，冲压机的双手操作装置和安全区域保护的安全光幕，工业机器手臂的安全工作位置和速度限制，以及安全工作区域保护等类似这些功能的设备，都属于安全设备的应用场景。

在传统的安全控制设备回路里，安全设备例如安全光栅、急停等模块通过安全继电器连接到设备中，或者通过独立的安全中心模块进行更为复杂的安全逻辑控制。

随着以工业以太网为主的现场总线的发展，对设备的控制更加灵活且集中，现场工程师可以通过工业以太网得到更多以前无法获取的数据。

同时，在工业现场总线设计过程中，也考虑了如何能够将功能安全同步集成到工业现场总线中，既能实现和传统功能安全回路同样的效果，又能减小现场操作难度并获取更多更有效的信息。

EtherCAT 作为现场设备控制比较常见的一种工业以太网总线，在规范定义中也考虑到了功能安全的需求。EtherCAT 协议定义了 FSoE 规范，EtherCAT ETG.9100 中定义了实现 Safety over EtherCAT 的规则和要求，即符合EtherCAT规范的功能安全协议。

作为 FSoE 的设备制造商，需要在相应的安全产品上实现 FSoE 安全协议和符合相关安全标准的安全应用。

FSoE的原理

FSoE 是 Safety over EtherCAT 的缩写，这是一种在 FSoE 设备之间能够满足 SIL3 等级的功能安全数据传输协议。

从 FSoE 的名称缩写就可以看出，FSoE 是从属于 EtherCAT 网络的一种应用协议，它在EtherCAT 网络通讯中做为 EtherCAT 循环数据帧的一部分存在，这样 FSoE 就可以视为一个 black channel。

FSoE 使用的是 Master/Slave 的通讯模型，FSoE 的 EtherCAT 从站可以按照功能分为FSoE Master 和 FSoE Slave。

FSoE 设备之间的连接可以通过 EtherCAT 网络配置建立联系。FSoE 的数据交换仅限于在已配置好的 FSoE Master/FSoE Slave 之间进行，并且 FSoE Master 和 FSoE Slave 都有独立的看门狗定时器用于周期数据帧监控。

FSoE的硬件架构

根据 black channel 原理，通讯硬件可以在设备上保持使用单通道。这样，在 FSoE 设备上的 EtherCAT 从站控制器仍可以做为 EtherCAT 接口使用，除此之外，也可以使用背板总线等其他接口。

但是，通常情况下，处理 FSoE 协议需要冗余控制器架构。每个控制器单独处理 FSoE 协议，然后交叉验证结果。

FSoE的软件结构

FSoE 协议是一个 EtherCAT 通讯接口上的应用层通讯协议，所以 FSoE 设备的基础仍然是标准 EtherCAT。

FSoE 设备的通用接口仍然是标准 EtherCAT 从站协议栈，在标准 EtherCAT 从站协议栈基础上，仍然可以按照标准 EtherCAT 从站应用程序来设计标准 EtherCAT 从站，也可以通过 FSoE 协议栈添加安全应用，实现 EtherCAT FSoE Master/Slave 应用。

FSoE SDK

FSoE SDK 软件开发工具包本身就是为了加快工程师的开发进度、减少开发难度提供的相关文档、示例等资料的集合。

FSoE SDK 在标准 FSoE 规范协议定义的操作功能的基础上，还提供了用于方便通过安全认证的内容，例如为了方便产品移植所提供的 unit-test，更重要的是SDK还能够提供 SIL3 预认证。

FSoE SDK 软件开发包设计完全独立于硬件，可以适用于有操作系统或者无操作系统的多种应用环境。FSoE Master/Slave 协议栈的功能和编译选项配置通过代码中的宏定义配置实现，可以根据应用需求在不同项目中修改切换。

FSoE SDK 软件开发包已通过 IEC61508 SIL3 预认证，为了保证使用SDK能够符合安全流程，SDK安全手册定义作为安全通信软件集成到客户平台的“Dos and Don’ts”。

同时，SDK软件开发包的整个开发流程也都通过了 SIL3 的认证并能够提供认证证书，这样可以更大程度的减小集成 FSoE SDK 的产品后期进行认证过程中耗费的时间和精力。

Unit-Tests 提供了可用于移植和运行在目标平台的C语言源代码, 修改移植配置时只有Unit-test 测试部分被移植操作。

由于软件的分层结构，可以保证在重新认证时安全协议核心软件部分不需要任何修改。客户产品集成 FSoE SDK 协议栈后，如果移植平台全部通过 Unit-test 测试并且完全符合安全手册设计内容，安全协议软件部分不需要重新认证。

引用：

ETG5101_V1i3i0_G_R_FSoEImplementationGuide.pdf

4.02.0502.20000_Manual_FSoE_EN.PDF

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