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虹科INtime RTOS | 可与Windows在同个PC运行的实时操作系统

  2021年07月22日  

  INtime RTOS简介

  INtime ® RTOS是一个动态的,确定性的硬实时操作系统,用于多核x86兼容处理器上的非对称多处理(AMP)。与使用虚拟机管理程序,Windows设备驱动程序或单体应用程序不同,INtime RTOS是完整的操作系统,具有开发人员期望在现代开发环境中使用的系统服务和功能。功能包括动态控制多个主机上多个节点(核心)上的进程,以及系统所有节点之间的丰富进程间通信(IPC)等。

  1. INtime基本架构

  1 支持的部署模型

  INtime RTOS提供两种不同的部署模型。INtime RTOS上开发的应用程序可以在部署模型或两者之间进行部署,而无需更改。

  a. INtime for Windows:允许在同一主机上启用Windows和INtime RTOS实例的混合解决方案。

  b. INtime distributed RTOS:允许在多核主机上作为独立系统或分布式系统的一部分运行嵌入式应用程序。

  2 多核PC主机整合大量工作负载

  1)使用分区的多核PC主机整合大量工作负载(称为“嵌入式虚拟化”),可通过将不同的应用程序类型合并到同一台PC上来降低系统成本和复杂性。

  2)在具有对称多处理(SMP) OS的异构部署中,INtime RTOS与Windows *(32位和64位)并行运行,以利用其广泛的人机界面(HMI)。

  3)系统服务将支持扩展到多个主机,从而允许创建具有灵活部署模型的可互操作的分布式实时系统。

  4)作为非对称多处理(AMP)架构部署,每个节点(core)运行一个独立的INtime RTOS实例,并对其硬件资源进行划分-包括专用内核,内存,I / O和中断。当关键响应时间很重要时,此方法是需要安全性,可靠性和确定性的最佳选择。所有INtime RTOS和Windows进程均本地运行,并支持Windows的所有当前版本(包括Windows 10)。

  当前的INtime RTOS环境仍向后兼容为先前INtime版本开发的应用程序,从而节省了软件投资。提供了Windows API级实时扩展代码的迁移库。

  3 基于对象的RTOS,具有全面的内核服务

  为了加快上市时间并简化开发,INtime RTOS提供了通用操作系统的标准服务。这些服务允许程序员依靠OS来管理其解决方案中的许多系统任务,而无需创建自己的代码。

  INtime RTOS是基于对象的,支持熟悉的编程方法,集成到熟悉的Microsoft Visual Studio环境中。INtime RTOS内核提供了多个对象并维护它们的数据结构,这定义了与其相关的系统调用。对于任何创建的对象,内核都会返回该对象的句柄,该句柄可在分布式系统中的任何INtime RTOS或Windows进程中使用。每个进程都在受保护的用户模式(Ring 3)下执行,最多有4GB的内存,仅受主机资源限制。

  2. INtime关键处理机制

  1 专用硬件资源划分机制

  INtime RTOS是一种硬实时事件驱动的操作系统,具有以微秒为单位的确定性。

  确定性应用程序需要来自主机的专用且隔离的资源:内核,内存和I / O。INtime RTOS专为确定性应用程序而设计,并通过显式划分主机硬件为每个实时节点分配资源,从而为实时应用程序提供所需的资源。

  低延迟驱动程序包括:

  •以太网和INtime的高性能以太网(HPE):EtherCAT ,Sercos III ,Profnet 的基础

  •xHCI USB,PCI / PCIe 和串行端口

  2 IPC内部进程通信GOBSnet机制

  INtime RTOS提供了确定性IPC机制(GOBSnet),可以在系统中对所有已创建的对象进行分类,搜索和使用,从而为嵌入式系统设计提供了可扩展性。

  通过使用显式的硬件分区和非对称多处理(AMP或内核亲和性),INtime RTOS可以在多个节点上实现确定性应用程序的可伸缩性,以实现性能,或在更少的节点上组合以节省成本。

  无论是在同一多核主机上还是在分布式主机上运行,GOBSnet均可在Windows和实时应用程序之间提供一套全面的高效通信服务。尽管彼此隔离,但跨环境共享允许Windows服务与嵌入式功能进行交互,从而实现集成并消除了网络间的复杂性和传统嵌入式设计的故障风险。这样就可以灵活地扩展解决方案的拓扑结构,而无需移植。

  3 分布式系统管理器DSM机制

  分布式系统管理器(DSM)监视所有节点及其进程,以维护整个嵌入式系统的连续性和可用性。DSM跟踪系统的状态,监视其组件的运行状况,并在组件终止或发生故障时进行清理。

  每个INtime RTOS或Windows实例均被视为一个节点。任何INtime节点都可以创建可从任何其他节点访问的对象,无论是在单个主机上还是跨分布式主机系统。先进的集成内存管理器维护每个进程的内存分配。

  3. INtime总结

  INtime RTOS支持运行用户模式(Ring 3)实时应用程序,而不是内核模式驱动程序扩展的模块化编程模型。

  通过使用明确的硬件分区和非对称多处理(AMP或核心相似性),INtime RTOS可以在多个节点上实现确定性应用程序的可伸缩性。开发人员可以将确定性应用程序分配给可用的内核。

  此外,借助GOBSnet,如果需要更多资源,则可以在混合解决方案(Windows和INtime RTOS)主机上的嵌入式应用程序轻松移植到其他主机,同时保持与Windows的互操作性。

  4. INtime应用案例

  1 CNC应用

  如下图中所显示的应用,其中运动控制周期,I/O驱动器,监控PLC逻辑和现场总线驱动器(EtherCAT,CANopen)在INtime内核环境中作为实时过程执行,而机器的HMI功能(包括CAD/ CAM系统)以及客户通常安装的许多第三方应用程序,将它们作为Windows进程运行,并使用INtime for Windows的NTX库中的功能与实时软件进行通信。

  2 运动控制

  下图中软件体系结构将Windows和实时应用程序隔离开来,以提供完整的Windows功能,同时确保控制操作的确定性。设计,诊断,优化和设置运动控制系统应用程序所需的所有必要接口均在Windows下运行,而所得的包括机器接口在内的控制代码则在TenAsys的INtime for Windows下实时运行。

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