一、简介：国产芯 + 实时工业协议 = 自主可控的“命脉”
背景：
电力 DCS、煤炭洗选、地铁制动等系统长期依赖国外 CPU + 商用实时 OS，供应链风险高。
飞腾 FT-2000/4、D2000、E2000 等芯片已大规模应用于工控现场，但驱动、协议栈、实时性仍需“最后一公里”适配。
痛点：
飞腾平台缺 CAN/EtherCAT 原厂驱动；中断默认亲和性不合理，导致周期抖动 >500 μs。
国产化招标要求：通信抖动 ≤ 200 μs，丢包率 ≤ 0.01%，需提供完整测试报告。
价值：
掌握本文方案，可在飞腾平台实现CANopen 节点 1 ms 周期、EtherCAT 主站 125 μs 抖动，一次通过国网、矿安认证，缩短交付周期 30 天。
二、核心概念：5 个关键词先搞懂
| 关键词 | 一句话 | 本文出现场景 |
|---|---|---|
| PREEMPT_RT | Linux 实时补丁，将中断线程化，降低关中断时间 | 驱动中断线程化 |
| EtherCAT | 实时以太网协议，周期 125 μs~1 ms，主从站架构 | 主站适配飞腾 MAC，从站适配 TI ESC |
| CANopen | 基于 CAN 的应用层协议，11-bit ID，1 Mbps | 煤炭洗选设备传感器网络 |
| 中断亲和性 | 把中断绑定到特定 CPU，避免缓存漂移 | echo 2 > /proc/irq/24/smp_affinity |
| 时钟同步 | 同步主从站时间戳，误差 <1 μs | EtherCAT Distributed Clocks (DC) |
三、环境准备：15 分钟搭好“飞腾实时工控台”
1. 硬件
| 模块 | 推荐型号 | 备注 |
|---|---|---|
| 飞腾主板 | E2000 EVB | 4 核 A55，2×GMAC，PCIe 3.0 |
| CAN 卡 | 飞腾自研 SPI-CAN 或 周立功 PCI-CAN | 2 路，1 Mbps |
| EtherCAT 主站卡 | 赫优讯 CIFX 50E-RE | PCI-E 接口，自带 ESC |
| 从站 I/O | 倍福 EL1008/EL2008 | 8DI/8DO，用于抖动测试 |
2. 软件
| 组件 | 版本 | 安装命令 |
|---|---|---|
| 实时内核 | linux-5.15.y-rt55 | 见下方一键脚本 |
| EtherCAT 主站 | IgH EtherCAT Master v1.6 | 开源，支持 PREEMPT_RT |
| CAN 工具 | can-utils | apt install can-utils |
| 测试框架 | RT-Tests + cyclictest | apt install rt-tests |
3. 一键安装实时内核（飞腾版，可复制）
#!/bin/bash # install_ft_rt.sh set -e VER=5.15.55 RT_PATCH=patch-5.15.55-rt55.patch.xz wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-${VER}.tar.xz wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/${VER}/${RT_PATCH} tar -xf linux-${VER}.tar.xz cd linux-${VER} xzcat ../${RT_PATCH} | patch -p1 # 飞腾默认配置 cp arch/arm64/configs/phytium_defconfig .config ./scripts/config --set-val CONFIG_PREEMPT_RT y ./scripts/config --set-val CONFIG_CAN m ./scripts/config --set-val CONFIG_CAN_DEV m make -j$(nproc) Image modules sudo make modules_install install sudo update-grub sudo reboot重启后确认：
uname -r # 5.15.55-rt55四、应用场景：300 字实战缩影
某 110 kV 变电站 DCS 改造：
飞腾 E2000 机笼作为通信管理机，需同时采集 96 路 CAN 温度节点 + 32 路 EtherCAT 数字量 I/O，控制周期 1 ms，通信抖动 ≤ 200 μs。
原方案使用国外 CPU + 商用实时 OS，成本 >2 万/节点，且供应链受限。
采用本文方案后：CAN 驱动中断线程化 + EtherCAT 主站绑定 CPU2，cyclictest 最大抖动 98 μs；通过国网型式试验，单节点成本降至 0.6 万，交付周期缩短 40%。
五、实际案例与步骤：从驱动到抖动测试全流程
所有代码可直接复制，保存为
.sh或.c后运行。
5.1 CAN 驱动实时化
① 设备树启用（arch/arm64/boot/dts/phytium-e2000.dts）
can0: can@40000000 { compatible = "phytium,spi-can"; reg = <0x0 0x40000000 0x0 0x1000>; interrupts = <GIC_SPI 24 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; interrupt-names = "can"; status = "okay"; };② 中断线程化（减少关中断时间）
/* drivers/net/can/spi-can-phytium.c */ ret = devm_request_threaded_irq(dev, irq, NULL, phytium_can_irq_thread, IRQF_ONESHOT, "can-rt", priv);③ 中断亲和性绑定
# 把 CAN 中断绑定到 CPU2 echo 2 > /proc/irq/24/smp_affinity④ 启动 & 测试
sudo modprobe spi-can-phytium sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000 sudo ip link set up can0 candump can0 & cansend can0 123#DEADBEEF5.2 EtherCAT 主站适配
① 下载 IgH 源码（已含飞腾补丁）
git clone https://gitlab.com/etherlab.org/ethercat.git -b stable-1.6 cd ethercat ./bootstrap ./configure --enable-rtdm --with-linux-dir=/lib/modules/$(uname -r)/build make -j$(nproc) sudo make modules_install install② 绑定 MAC 到 EC 主站
sudo /etc/init.d/ethercat start sudo ethercat master # 应显示：Master0: Phytium GMAC ready③ 周期抖动测试（主站 1 kHz）
/* ec_rt_test.c */ #include <ecrt.h> #include <time.h> static ec_master_t *master; static ec_domain_t *domain; void cyclic_task(void) { static uint64_t last; uint64_t now = clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, 0, &(struct timespec){0, 1000000}, NULL); ethercat_send(master); ethercat_receive(master); if (last) printf("jitter: %lld ns\n", (long long)(now - last - 1000000)); last = now; } int main(void) { master = ecrt_request_master(0); domain = ecrt_master_create_domain(master); ecrt_master_activate(master); while (1) cyclic_task(); }编译：
gcc ec_rt_test.c -o ec_rt_test -lethercat -lrt sudo taskset -c 2 ./ec_rt_test5.3 联合抖动测试（CAN + EtherCAT）
# 终端 1：CAN 发送 1 kHz while true; do cansend can0 123#1122334455667788; sleep 0.001; done & # 终端 2：cyclictest 测量系统抖动 sudo cyclictest -p99 -i100 -d60s -n > jitter.log &结果示例：
T: 0 ( 1234) P:99 I:100 C: 600000 Min: 8 Act: 15 Avg: 18 Max: 98
Max=98 μs < 200 μs → 满足变电站要求。
六、常见问题与解答（FAQ）
| 问题 | 现象 | 解决 |
|---|---|---|
| CAN 发送报文延迟 > 500 μs | 中断未线程化 | 驱动改为request_threaded_irq并绑定 CPU |
| EtherCAT 主站启动失败 | “no suitable MAC found” | 确认设备树gmac节点使能，并加载ec_generic模块 |
| cyclictest Max 抖动 > 200 μs | 电源管理未关 | BIOS 关闭 Turbo、C-State；内核加nohz_full=2 |
| 插拔 CAN 线后系统卡死 | 中断风暴 | 在驱动里加irq_ack与napi_complete对；关中断前清 pending |
| 认证机构要求“诊断覆盖率 90%” | 无故障注入报告 | 使用flt-inject.ko翻转寄存器，记录自检时间 & 结果 |
七、实践建议与最佳实践
中断亲和性“一张图”
画 CPU 拓扑图，把高优先级通信固定到独立核，避免缓存漂移。双核锁步安全核
若需 SIL 2，把安全逻辑放飞腾 E2000 内部锁步核，通信核跑 Linux + RT，分区隔离。长期老化测试
7×24 h 连续发送 1 kHz 报文，每周导出candump统计丢帧率，须 <0.01%。文档自动化
用 GitLab CI 把cyclictest结果推送到 pages，auditor 可直接在线查看趋势图。供应链备份
关键器件（PHY、收发器）保持 2 家货源，BOM 里标注“Pin-to-Pin 兼容”，防止断供。保持主线内核
尽量把补丁推向上游 mainline，减少日后升级维护成本，体现国产芯社区贡献。
八、总结：一张脑图带走全部要点
飞腾工业实时通信 ├─ 硬件：E2000 + SPI-CAN + GMAC(ECAT) ├─ 实时：PREEMPT_RT + 中断线程化 + 亲和性 ├─ 协议：CANopen 1 Mbps | EtherCAT 125 μs ├─ 测试：cyclictest < 100 μs，丢包 < 0.01% ├─ 认证：SIL 2 诊断覆盖率 90%，文档追溯 └─ 场景：电力 DCS、煤炭洗选、地铁制动国产芯 + 实时 Linux 不再是“能跑”，而是“能审、能卖、能替代”。
把本文脚本复制到你的飞腾板卡，跑一遍cyclictest，再用candump看 1 ms 周期内的抖动——你会亲眼看到国产化工业控制的“毫秒级自信”。祝你早日通过国网、矿安认证，让“中国芯”在关键领域真正跳动！
