INtime RTOS操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介與運(yùn)用案例

INtime RTOS簡(jiǎn)介

INtime RTOS是一個(gè)動(dòng)態(tài)的，確定性的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，用于多核x86兼容處理器上的非對(duì)稱多處理（AMP）。與使用虛擬機(jī)管理程序，Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或單體應(yīng)用程序不同，INtime RTOS是完整的操作系統(tǒng)，具有開發(fā)人員期望在現(xiàn)代開發(fā)環(huán)境中使用的系統(tǒng)服務(wù)和功能。功能包括動(dòng)態(tài)控制多個(gè)主機(jī)上多個(gè)節(jié)點(diǎn)（核心）上的進(jìn)程，以及系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)之間的豐富進(jìn)程間通信（IPC）等。

1. INtime基本架構(gòu)

1 支持的部署模型

INtime RTOS提供兩種不同的部署模型。INtime RTOS上開發(fā)的應(yīng)用程序可以在部署模型或兩者之間進(jìn)行部署，而無(wú)需更改。

a. INtime for Windows：允許在同一主機(jī)上啟用Windows和INtime RTOS實(shí)例的混合解決方案。

b. INtime distributed RTOS：允許在多核主機(jī)上作為獨(dú)立系統(tǒng)或分布式系統(tǒng)的一部分運(yùn)行嵌入式應(yīng)用程序。

2 多核PC主機(jī)整合大量工作負(fù)載

1）使用分區(qū)的多核PC主機(jī)整合大量工作負(fù)載（稱為“嵌入式虛擬化”），可通過(guò)將不同的應(yīng)用程序類型合并到同一臺(tái)PC上來(lái)降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

2）在具有對(duì)稱多處理（SMP） OS的異構(gòu)部署中，INtime RTOS與Windows *（32位和64位）并行運(yùn)行，以利用其廣泛的人機(jī)界面（HMI）。

3）系統(tǒng)服務(wù)將支持?jǐn)U展到多個(gè)主機(jī)，從而允許創(chuàng)建具有靈活部署模型的可互操作的分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

4）作為非對(duì)稱多處理（AMP）架構(gòu)部署，每個(gè)節(jié)點(diǎn)（core）運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的INtime RTOS實(shí)例，并對(duì)其硬件資源進(jìn)行劃分-包括專用內(nèi)核，內(nèi)存，I / O和中斷。當(dāng)關(guān)鍵響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，此方法是需要安全性，可靠性和確定性的最佳選擇。所有INtime RTOS和Windows進(jìn)程均本地運(yùn)行，并支持Windows的所有當(dāng)前版本（包括Windows 10）。

當(dāng)前的INtime RTOS環(huán)境仍向后兼容為先前INtime版本開發(fā)的應(yīng)用程序，從而節(jié)省了軟件投資。提供了Windows API級(jí)實(shí)時(shí)擴(kuò)展代碼的遷移庫(kù)。

3 基于對(duì)象的RTOS，具有全面的內(nèi)核服務(wù)

為了加快上市時(shí)間并簡(jiǎn)化開發(fā)，INtime RTOS提供了通用操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。這些服務(wù)允許程序員依靠OS來(lái)管理其解決方案中的許多系統(tǒng)任務(wù)，而無(wú)需創(chuàng)建自己的代碼。

INtime RTOS是基于對(duì)象的，支持熟悉的編程方法，集成到熟悉的Microsoft Visual Studio環(huán)境中。INtime RTOS內(nèi)核提供了多個(gè)對(duì)象并維護(hù)它們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這定義了與其相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用。對(duì)于任何創(chuàng)建的對(duì)象，內(nèi)核都會(huì)返回該對(duì)象的句柄，該句柄可在分布式系統(tǒng)中的任何INtime RTOS或Windows進(jìn)程中使用。每個(gè)進(jìn)程都在受保護(hù)的用戶模式（Ring 3）下執(zhí)行，最多有4GB的內(nèi)存，僅受主機(jī)資源限制。

2. INtime關(guān)鍵處理機(jī)制

1 專用硬件資源劃分機(jī)制

INtime RTOS是一種硬實(shí)時(shí)事件驅(qū)動(dòng)的操作系統(tǒng)，具有以微秒為單位的確定性。

確定性應(yīng)用程序需要來(lái)自主機(jī)的專用且隔離的資源：內(nèi)核，內(nèi)存和I / O。INtime RTOS專為確定性應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)，并通過(guò)顯式劃分主機(jī)硬件為每個(gè)實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)分配資源，從而為實(shí)時(shí)應(yīng)用程序提供所需的資源。

低延遲驅(qū)動(dòng)程序包括：

?以太網(wǎng)和INtime的高性能以太網(wǎng)（HPE）：EtherCAT ，Sercos III ，Profnet 的基礎(chǔ)

?xHCI USB，PCI / PCIe 和串行端口

2 IPC內(nèi)部進(jìn)程通信GOBSnet機(jī)制

INtime RTOS提供了確定性IPC機(jī)制（GOBSnet），可以在系統(tǒng)中對(duì)所有已創(chuàng)建的對(duì)象進(jìn)行分類，搜索和使用，從而為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可擴(kuò)展性。

通過(guò)使用顯式的硬件分區(qū)和非對(duì)稱多處理（AMP或內(nèi)核親和性），INtime RTOS可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)確定性應(yīng)用程序的可伸縮性，以實(shí)現(xiàn)性能，或在更少的節(jié)點(diǎn)上組合以節(jié)省成本。

無(wú)論是在同一多核主機(jī)上還是在分布式主機(jī)上運(yùn)行，GOBSnet均可在Windows和實(shí)時(shí)應(yīng)用程序之間提供一套全面的高效通信服務(wù)。盡管彼此隔離，但跨環(huán)境共享允許Windows服務(wù)與嵌入式功能進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)集成并消除了網(wǎng)絡(luò)間的復(fù)雜性和傳統(tǒng)嵌入式設(shè)計(jì)的故障風(fēng)險(xiǎn)。這樣就可以靈活地?cái)U(kuò)展解決方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而無(wú)需移植。

3 分布式系統(tǒng)管理器DSM機(jī)制

分布式系統(tǒng)管理器（DSM）監(jiān)視所有節(jié)點(diǎn)及其進(jìn)程，以維護(hù)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的連續(xù)性和可用性。DSM跟蹤系統(tǒng)的狀態(tài)，監(jiān)視其組件的運(yùn)行狀況，并在組件終止或發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行清理。

每個(gè)INtime RTOS或Windows實(shí)例均被視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。任何INtime節(jié)點(diǎn)都可以創(chuàng)建可從任何其他節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)的對(duì)象，無(wú)論是在單個(gè)主機(jī)上還是跨分布式主機(jī)系統(tǒng)。先進(jìn)的集成內(nèi)存管理器維護(hù)每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存分配。

3. INtime總結(jié)

INtime RTOS支持運(yùn)行用戶模式（Ring 3）實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，而不是內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)程序擴(kuò)展的模塊化編程模型。

通過(guò)使用明確的硬件分區(qū)和非對(duì)稱多處理（AMP或核心相似性），INtime RTOS可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)確定性應(yīng)用程序的可伸縮性。開發(fā)人員可以將確定性應(yīng)用程序分配給可用的內(nèi)核。

此外，借助GOBSnet，如果需要更多資源，則可以在混合解決方案（Windows和INtime RTOS）主機(jī)上的嵌入式應(yīng)用程序輕松移植到其他主機(jī)，同時(shí)保持與Windows的互操作性。

4. INtime應(yīng)用案例

1 CNC應(yīng)用

如下圖中所顯示的應(yīng)用，其中運(yùn)動(dòng)控制周期，I/O驅(qū)動(dòng)器，監(jiān)控PLC邏輯和現(xiàn)場(chǎng)總線驅(qū)動(dòng)器（EtherCAT，CANopen）在INtime內(nèi)核環(huán)境中作為實(shí)時(shí)過(guò)程執(zhí)行，而機(jī)器的HMI功能（包括CAD/ CAM系統(tǒng)）以及客戶通常安裝的許多第三方應(yīng)用程序，將它們作為Windows進(jìn)程運(yùn)行，并使用INtime for Windows的NTX庫(kù)中的功能與實(shí)時(shí)軟件進(jìn)行通信。

2 運(yùn)動(dòng)控制

下圖中軟件體系結(jié)構(gòu)將Windows和實(shí)時(shí)應(yīng)用程序隔離開來(lái)，以提供完整的Windows功能，同時(shí)確保控制操作的確定性。設(shè)計(jì)，診斷，優(yōu)化和設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序所需的所有必要接口均在Windows下運(yùn)行，而所得的包括機(jī)器接口在內(nèi)的控制代碼則在TenAsys的INtime for Windows下實(shí)時(shí)運(yùn)行。

責(zé)任編輯：haq