Windows系統(tǒng)是當(dāng)前面向用戶應(yīng)用最多的操作系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)配套有成熟且豐富的軟件開發(fā)程序，如Eclipse和Visual Studio等。然而，Windows操作系統(tǒng)由其特性決定了其不能保證系統(tǒng)行為的確定性和可預(yù)測(cè)性，難以直接應(yīng)用于實(shí)時(shí)領(lǐng)域，此時(shí)，則需要對(duì)Windows進(jìn)行實(shí)時(shí)擴(kuò)展。為幫助客戶更好地進(jìn)行開發(fā)，北京盟通科技將向您介紹和推薦不同場(chǎng)景下的Windows實(shí)施擴(kuò)展產(chǎn)品，為您的開發(fā)提供更多選擇。
LxWin 實(shí)時(shí)Hypervisor:
Windows + Real-time Linux
現(xiàn)今，Linux已經(jīng)成為最流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。得益于其確定性的硬實(shí)時(shí)能力，完善的開發(fā)工具和配套的板級(jí)硬件驅(qū)動(dòng)和軟件的支持，吸引了眾多領(lǐng)先的工業(yè)控制器制造商使用它開發(fā)產(chǎn)品。典型的應(yīng)用包括帶有高實(shí)時(shí)性需求的PLC、運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)控系統(tǒng)等。
使用LxWin Hypervisor可以將Windows和非?？焖俚膶?shí)時(shí)Linux并行運(yùn)行，面對(duì)大量的Linux驅(qū)動(dòng)程序：如現(xiàn)場(chǎng)總線控制器、GigE攝像機(jī)系統(tǒng)、通信協(xié)議棧（EtherCAT，Profinet，OPC，OPC UA，TSN等）或復(fù)雜的軟件解決方案（例如CNC控制器或PLC）時(shí)，客戶可以直接使用這些驅(qū)動(dòng)程序，不需要重新在LxWin下重新進(jìn)行任何更改。
在上述案例中，客戶通常需要構(gòu)建多種跨操作平臺(tái)、應(yīng)用于不同形式對(duì)象的應(yīng)用方案，在這類客戶應(yīng)用方案中客戶需要分別部署基于Windows的GUI系統(tǒng)和基于Linux的控制器兩個(gè)獨(dú)立的部分，LxWin對(duì)此需求的解決方法則是將應(yīng)用整合到單個(gè)硬件上，進(jìn)而讓用戶能使用更為熟悉的Eclipse或Microsoft Visual Studio（從VS 2015開始）等軟件來完成設(shè)計(jì)。(點(diǎn)此了解下載Eclipse或者Microsoft Visual Studio )
acontis 公司的Windows實(shí)時(shí)擴(kuò)展方案包括兩個(gè)重要的組成部分。首先，實(shí)現(xiàn)環(huán)境可以在不同的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之間選擇。我們推薦用戶使用Linux RT Preempt或RTOS-32 Ontime系統(tǒng)作為實(shí)時(shí)環(huán)境。當(dāng)然客戶也可以選擇VxWorks、QNX、WinCE以及自行開發(fā)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為實(shí)時(shí)環(huán)境。
圖1 LxWin設(shè)計(jì)思想
LxWin 系統(tǒng)預(yù)覽
圖2 實(shí)時(shí)環(huán)境框架圖
圖2是選擇Real Time Linux 作為實(shí)時(shí)環(huán)境的框架示意圖?？刂破鲝S商在Windows上開發(fā)的非實(shí)時(shí)應(yīng)用程序和客戶圖形界面可以繼續(xù)保留在Windows系統(tǒng)下，而EtherCAT主站、運(yùn)動(dòng)控制算法等實(shí)時(shí)應(yīng)用需要運(yùn)行在Linux RT Preempt實(shí)時(shí)環(huán)境中。圖2中同樣可以看出，Windows操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)Linux系統(tǒng)被隔離在不同的CPU核和不同的內(nèi)存空間中，兩個(gè)操作系統(tǒng)相互獨(dú)立，并分別獨(dú)立控制被分配給其的硬件。隔離帶來的好處顯而易見，兩個(gè)系統(tǒng)的隔離可以在一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，比如Windows被某個(gè)應(yīng)用阻塞或者藍(lán)屏時(shí)，實(shí)時(shí)Linux下的應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)正常運(yùn)行而不受Windows故障狀態(tài)的影響。LxWin方案對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序部分和非實(shí)時(shí)Windows部分設(shè)置了隔離的方法。 LxWin在hypervisor基礎(chǔ)上嵌入了Linux硬實(shí)時(shí)內(nèi)核。 該hypervisor環(huán)境是關(guān)鍵，可確保實(shí)時(shí)性能以及與Windows的隔離。
重要特性
LxWin有以下重要特性：
- 支持實(shí)時(shí)Linux-32位和64位；
- 支持Linux Yocto；
- 可以在一個(gè)或多個(gè)CPU內(nèi)核上運(yùn)行Linux；
- 快速中斷處理和極短線程延遲；
- 在Windows藍(lán)屏發(fā)生后，Linux繼續(xù)運(yùn)行而且沒有實(shí)時(shí)損失；
- 支持Windows 7,8,10-32/64位；
- 可選用英特爾?VT，VT-d硬件虛擬化以增強(qiáng)魯棒性；
- 第三方Linux應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序無需修改即可運(yùn)行；
- 搭建Windows和Linux之間的虛擬網(wǎng)絡(luò)連接（用于應(yīng)用程序級(jí)TCP/IP通信和本地調(diào)試）；
- 共享內(nèi)存，事件，互鎖數(shù)據(jù)訪問，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用級(jí)高速通信；
- 可以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的Windows/Linux通信：管道，消息隊(duì)列和實(shí)時(shí)套接字；
- 支持TSN協(xié)議棧，集成了acontis technologies的EtherCAT主站協(xié)議棧解決方案。
使用LxWin的優(yōu)勢(shì)
硬件整合
- 節(jié)省了第二個(gè)控制系統(tǒng)或者功能擴(kuò)展卡；
- 隨著硬件組件的減少，增加了MTBF（平均無故障時(shí)間）；
- 可以搭建更緊湊的控制器。
軟件整合
- 與Linux完全兼容的快速學(xué)習(xí)曲線；
- 使用功能強(qiáng)大的開發(fā)工具（Visual Studio，Eclipse）對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，通信協(xié)議和GUI進(jìn)行編程；
- 可重用現(xiàn)有的Linux軟件。
可擴(kuò)展性
- 將現(xiàn)有Linux應(yīng)用程序集成到Windows環(huán)境中，無需額外的硬件成本；
- 在嵌入式系統(tǒng)上使用相同的Linux應(yīng)用程序，例如，基于ARM體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
典型應(yīng)用
- 基于PC的自動(dòng)控制（PLC，運(yùn)動(dòng)控制、其他控制器）；
- 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)試和數(shù)據(jù)采集；
- 在同一臺(tái)PC上通過添加Windows功能來擴(kuò)展現(xiàn)有的Linux應(yīng)用程序；
- Linux原型：在具有完全硬件訪問權(quán)限的常規(guī)PC上開發(fā)和測(cè)試Linux軟件。
LxWin 截圖
Windows實(shí)時(shí)擴(kuò)展使用Linux RT Preempt作為實(shí)時(shí)環(huán)境，因此這個(gè)解決方案被命名為LxWIN。LxWIN包含了已經(jīng)做過實(shí)時(shí)性能優(yōu)化的實(shí)時(shí)Linux系統(tǒng)，使用Visual Studio作為應(yīng)用開發(fā)IDE，以及圖形化配置界面，如圖3所示。即使缺乏Linux經(jīng)驗(yàn)的用戶，也可以在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT應(yīng)用。
圖3.LxWIN圖形化配置界面
LxWin方案運(yùn)行如圖4：
在Windows啟動(dòng)后啟動(dòng)Linux
在調(diào)試終端上打印Linux啟動(dòng)信息
Linux使用虛擬網(wǎng)絡(luò)作為調(diào)試接口
通過Linux控制Intel PRO/1000網(wǎng)卡
圖4.LxWin運(yùn)行過程
架構(gòu)
圖5.LxWIN體系架構(gòu)
支持與服務(wù)
如您對(duì)相關(guān)產(chǎn)品感興趣，我們將為您提供專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，在您開發(fā)控制系統(tǒng)時(shí)，如果需要，我們可以為您提供完整的系統(tǒng)集成解決方案，針對(duì)性地滿足您的差異化需求。
同時(shí)，我們可以為您提供方案設(shè)計(jì)和咨詢服務(wù)，對(duì)您的系統(tǒng)進(jìn)行性能分析和優(yōu)化，為您開發(fā)最新的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序和軟件等，歡迎您就具體事宜和具體需求與我們溝通和聯(lián)系。
