Operační systémy a procesory využívané v průmyslových počítačích Beckhoff

Společnost Beckhoff již více než 25 let úspěšně využívá kombinaci softwarových a hardwarových produktů společností Intel a Microsoft. Především je to kombinace operačního systému Microsoft Windows a procesorů Intel, která se stala určitým standardem pro téměř všechny řady průmyslových počítačů společnosti Beckhoff. Tento úspěšný koncept počítačového řízení je a bude rozšiřován a i nadále bude primárním konceptem v nabídce průmyslových počítačů společnosti Beckhoff. Avšak s vývojem nových technologií na poli IT přicházejí i změny, na něž je nutné v nabídce reagovat. Tyto změny mohou zákazníkům nabídnout určité alternativy. Tento článek se bude věnovat novinkám v zavedeném konceptu a změnám v nabízených operačních systémech a procesorech v průmyslových počítačích Beckhoff.

Operační systémy

Jednou z novinek je uvedení nové verze Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019 (obr. 1). Tato verze doplňuje a rozšiřuje již zavedenou verzi Windows 10 IoT Enterprise LTSB 2016. Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019 kromě vylepšení a nových funkcí přináší také podporu nejnovějších generací procesorů. Stejně jako předchozí verze i nová verze Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019 zachovává cenový model licencí Windows 10 Enterprise v závislosti na výpočetním výkonu procesoru. Naproti tomu je omezena kompatibilita se staršími generacemi procesorů. Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019 již není kompatibilní s dříve používanými čipovými sadami procesorů SandyBridge a Haswell. Zároveň ale v nové verzi zůstává volba 32bitového nebo 64bitového systému. Zachování 32bitového operačního systému je velmi důležitý aspekt vzhledem ke kompatibilitě s vyvinutými 32bitovými koncepty řídicích systémů Beckhoff.

Velkou událostí nejen pro zákazníky společnosti Beckhoff, ale i pro mnoho koncových uživatelů bylo ukončení rozšířené podpory operačního systému Windows 7 k 14. lednu 2020. Co to znamená v praxi? Jde o přechod do poslední části životního cyklu produktu, tedy konkrétněji jde o ukončení vydávání veškerých nových aktualizací, včetně bezpečnostních. Ukončení rozšířené podpory ale neznamená konec produktu jako takového. Windows 7 nadále funguje bez omezení. Všechny verze řídicích systémů Beckhoff s operačním systémem Windows 7 je možné dodat i pro nové projekty až do data ukončení distribuce produktu. Po tomto datu již bude možné dodat Windows 7 pouze k servisním účelům. Distribuce bude ukončována postupně – v závislosti na edici Windows 7: v roce 2024 budou jako první ukončeny edice Professional a Ultimate a následovat bude ukončení edice Embedded Standard 7 v roce 2025. Jelikož Windows 7 mají plnohodnotného nástupce v podobě Windows 10, nezpůsobuje jejich ukončení žádný větší problém.

Podobná situace nastane u operačního systému Windows Embedded Compact 7. Ten prozatím běží v režimu s rozšířenou podporou, ale ta bude již v příštím roce ukončena. Celkové ukončení této distribuce je plánované na rok 2026. Windows Embedded Compact 7 má svého nástupce v podobě Windows 10 IoT Core, což je menší veze optimalizovaná pro malé systémy. Tato verze systému však nesplňuje požadavky koncepce řízení společnosti Beckhoff pro malé systémy, a proto bylo třeba zajistit vyhovující alternativní operační systém. Tím se stal operační systém TwinCAT/BSD, který vytvořila společnost Beckhoff na základě FreeBSD.

TwinCAT/BSD je alternativní operační systém pro všechny IPC platformy Beckhoff, který kombinuje TwinCAT runtime s FreeBSD. TwinCAT/BSD umožňuje využití všech funkcí TwinCAT runtime, např. vícejádrových procesorů v řídicích systémech nebo HTLM5 pro moderní TwinCAT HMI. Díky jádru Unix lze využít mnoho známých linuxových programů. Vývojové prostředí TwinCAT XAE zůstává zachované v rámci prostředí Microsoft Visual Studio i pro TwinCAT/BSD (obr. 2). Uvolnění TwinCAT/BSD je plánováno již na letošní léto.

Procesory

V úvodu již bylo zmíněno, že v počítačích Beckhoff se ve velké míře využívají procesory společnosti Intel. Nikoliv však výhradně: kromě procesorů Intel se využívají i procesory jiných výrobců, především procesory s architekturou ARM. Změny a novinky se tradičně objevují u nejvíce užívaných procesorů Intel.

V aktuální nabídce jsou procesory Intel Atom, Celeron, Pentium, Core a Xeon, a to v několika generacích a produktových řadách.

Z nich nejméně výkonné jsou procesory Intel Atom. Aktuálně jde o procesory eMenlow, Bay trail a nově představený Apollo Lake. Právě Apollo Lake již patří k nové generaci procesorů Intel, která přestala podporovat 32bitové systémy a navíc je podporovaná pouze novějšími operačními systémy. K těmto procesorům Beckhoff aktuálně nabízí 64bitový operační systém Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019.

Pro procesory modelových řad Celeron, Pentium a Core platí podobná pravidla a nacházejí se ve stejných produktových řadách průmyslových počítačů společnosti Beckhoff. V současnosti jsou v nabídce procesory 4., 6. a 7. generace a v létě přibude 8. a 9. generace, přičemž velké změny přišly již s uvedením platformy pro 7. generaci procesorů Intel KebyLake. Od 7. generace procesorů přestal Intel podporovat 32bitové systémy a také byla omezena možnost volby operačního systému. V současné době Beckhoff nabízí podporu pro tyto procesory pouze s Windows 10 IoT Enterprise 64bit. Procesory 8. a 9. generace budou podporovány jen novějšími Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019 64bit.

Další změna nastala s 9. generací procesorů. Je na ní zřejmé, kam směřuje trend vývoje konstrukce procesorů. Především jde o velké navýšení počtu jader, přičemž se zároveň snižuje výpočetní výkon jednotlivých jader, což je odlišné od dosavadních generací procesorů, kde sice nárůst počtu jader nebyl tak dramatický, ale i přes zvyšující se počet jader rostl i výpočetní výkon jednotlivých jader. Nová koncepce povede k ještě větší paralelizaci vykonávaných úloh v procesoru. K takovému rozložení procesoru je již uzpůsobený software TwinCAT3, který dokáže plně využít výkon jednoho jádra procesoru, ale stejně tak dobře dokáže využít i vícejádrové procesory.

Tento trend je stejný u všech výrobců procesorů, bez ohledu na jejich architekturu. Již před několik lety se tímto směrem vydaly procesory společnosti AMD a v současné době jsou výkony jejich procesorů na špičkové úrovni, především v produktových řadách RYZEN a EPYC. Společnost AMD taktéž vyrábí procesory určené pro průmyslové využití s dlouhodobou dostupností, proto bylo nasnadě využít tyto procesory a jejich výhody v průmyslových počítačích Beckhoff. Procesory společnosti AMD byly již dříve využity v průmyslových počítačích Beckhoff některých produktových řad, proto tato spolupráce není nic nového. Procesory AMD RYZEN se nově představují v řadách CX20x3, které v budoucnu nahradí stárnoucí řady CX20x0. Oproti novým procesorům společnosti Intel zde kromě podpory 64bitových systémů zůstává zachována i podpora systémů 32bitových, což umožňuje vybrat si systém mezi 32bitovou nebo 64bitovou verzí Windows 10 IoT Enterprise LTSC 2019.

(Beckhoff Automation s. r. o.)

Obr. 1. Příchod Windows 10 IoT

Obr. 2. Vývojové prostředí TwinCAT XAE zůstává zachované v prostředí Microsoft Visual Studio i pro TwinCAT/BSD