KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

PharLap ETS – operační systém reálného času pro vestavné systémy

PharLap ETS – operační systém reálného času pro vestavné systémy

Při použití operačního systému reálného času (RTOS) obecně platí, že správná funkce závisí nejen na výsledcích, které z něj vzejdou, ale i na tom, kdy budou k dispozici. Je důležité podotknout, že v reálném čase neznamená nutně rychle – spíše ukazuje, jak deterministické (přesně předvídatelné) jsou časové charakteristiky reakcí systému. Jinými slovy, důležitým výkonovým hlediskem není průměrný čas reakcí, ale čas reakce v tom nejhorším případě.

Snahou výrobců strojů, přístrojů a zařízení je co nejlépe uspět na trhu a v důsledku toho maximálně vyhovět požadavkům zákazníka. Proto s vývojem digitálních systémů stále více pronikají řídicí počítače do „útrob“ různých výrobků. Řídicí jednotky se dostávají do specifického prostředí, kde musí vyhovět požadavkům na omezený prostor, horší odvod tepla, spouštění a vypínání pomocí napájecího napětí, obsluhu hardwarových periferií v reálném čase a navíc na možnost snadného ladění a inovací řídicího softwaru. Z těchto potřeb vyplývají požadavky na operační systém, který je určen pro vývoj programového vybavení zabudovaných, vestavných neboli embedded systémů.

Výkon PharLap ETS

Operační systém PharLap ETS je navržen právě pro vestavné systémy. Poskytuje síťové možnosti, webový server i lokální GUI (grafické rozhraní). Oproti jiným systémům reálného času se vyznačuje tím, že má při příznivé ceně velmi dobré tzv. runtime schopnosti (pro běh uživatelských programů). Zdrojové kódy existujících ovladačů zařízení lze snadno upravit pro vlastní použití. V případě potřeby může být operační systém PharLap ETS spuštěn i bez systému BIOS, napsáním vlastního spouštěcího kódu. V rámci dodávky ETS je k dispozici mnoho příkladů, které je možné využít jako startovací blok zdrojových textů pro vlastní vyvíjené úlohy.

Jádro ETS je navrženo tak, že pracuje s podporou vysokorychlostního plánovače, který využívá oba algoritmy: preemptivní i cyklický algoritmus typu round-robin. ETS podporuje neomezené množství programových vláken a zajišťuje jim jemné členění časové obsluhy ve 256 úrovních přiřazení priorit vykonávání programových vláken. Plánovač zaručuje, že kontext kritického programového vlákna s vyšší prioritou se přepne v časovém intervalu mezi 500 ns a méně než 2 µs.

V operačním systému PharLap ETS (obr. 1) je implementována robustní sada programátorských funkcí Win32 API a standardní model knihoven DLL. To zjednodušuje migraci od programů psaných na bázi zdrojových kódů pro Windows a umožňuje, aby byly uživatelské programy ETS vyvíjeny na bázi jednotlivých komponent s minimálními požadavky na obsazení paměti. Protože je přesné vykonávání programu v systémech reálného času kritické, ETS poskytuje vývojářům velkou volnost v rozhodování o vhodném časovém rozlišení. Hodnoty časovače mohou být nastaveny v rozmezí od 1 µs do 18,2 ms.

Tab. 1. Příklady použití Phar Lap ETS v různých odvětvích

Odvětví

Příklad použití

vojenství a letectví

společnost Ricciardi Technologies, Inc. (RTI), k zajištění výkonu pro svůj řídicí systém Bio Sensor,

společnost PushCorp, Inc., pro řídicí systém.

komunikace

společnost Sitronics (dříve STROM telecom) pro vývoj digitálního spojovacího systému Medio,

společnost AŽD Praha s. r. o. v systémech pro kolejovou dopravu,

společnost Cutler-Hammer pro vývoj komunikační brány.

herní průmysl

firma Golden Games pro vývoj a dodávky zařízení do herního průmyslu.

české školství

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická,

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Hornicko-geologická fakulta,

Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta elektrotechnická a Fakulta aplikovaných věd,

Střední škola pro sluchově postižené ve Valašském Meziříčí – obor elektronických počítačových systémů.

Klíčové rysy PharLap ETS

Operační systém reálného času PharLap ETS již našel uplatnění v četných oborech, jak ukazuje tab. 1. Jeho charakteristiky lze shrnout do těchto bodů:

  • robustní a výkonný RTOS zaměřený na X86: ustálená rychlost přerušení do 30 kHz,
  • nejmenší potřeba operační paměti: méně než 500 kB včetně I/O, grafiky a TCP/IP,
  • podpora všech standardních BIOS,
  • flexibilita návrhu: kód lze umístit jako monolitický blok nebo odděleně jádro a uživatelský program,
  • plně kompatibilní Win32 API: není třeba používat obálky kódu (wrappers) pro mapování API,
  • systém souborů (file system) reálného času: vysokorychlostní přístup k médiím podporující FAT16 a FAT32,
  • kompletní podpora 32bitové architektury Intel X86: 386, 486, Pentium 1 až 4, Pentium multicore, Pentium M, Xenon i procesory AMD (viz např. obr. 2),
  • vývojové studio Microsoft VS 6.0, .NET 2002: vývoj, kompilace a ladění ve standardizovaném vývojářském prostředí,
  • zamezení inverze priorit: zajištění, aby programová vlákna s nízkou prioritou neohrozila běh vláken s vysokou prioritou,
  • flexibilní cyklický (round-robin) a preemptivní plánovací algoritmus: pracují na bázi každého vlákna,
  • integrovaný program WinSock: plně vyhovuje TCP/IP reálného času,
  • USB reálného času: USB1.1 a 2.0 vyhovují pro podporu ovladačů zařízení EHCI, UHCI a OHCI,
  • ochrana paměti a její vysoká dostupnost: s využitím architektury X86.

Závěr

PharLap ETS je obecně považován za nejkompaktnější operační systém reálného času postavený na bázi Win32 API pro zabudované systémy. Přestože nejde o produkt společnosti Microsoft, používá vývojová prostředí MS .NET a Visual C++, která spolupracují se spojovacím programem LinkLoc ze sady softwaru ETS SDK, a vytváří jako produkt exekutivní mikrojádro schopné spuštění dokonce i v paměti ROM.

Pro řešení vestavných uživatelských programů disponuje současná verze PharLap ETS kompaktním a robustním prostředím operačního systému reálného času. Efektivní vývoj uživatelských programů je podpořen použitím vývojářské platformy Microsoft (používá se vývojové prostředí MS Visual Studio a .NET). Na podzim letošního roku společnost Ardence plánuje uvolnění nejnovější verze produktu PharLap ETS, verze 14.0.

Ladislav Reisner

dataPartner s. r. o.
Dukelská 64
370 01 České Budějovice
tel.: 386 104 311
fax: 386 104 319
e-mail: kontakt@datapartner.cz
http://www.datapartner.cz

Obr. 1. Schéma operačního systému PharLap ETS
Obr. 2. PharLap ETS podporuje 32bitovou architekturu IBM PC

Příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde