工业控制系统的实时Windows

概述

MaxRT wRTOS®可在多核处理器上提供确定性或硬实时，并与Windows操作系统共存。MaxRT wRTOS®通过为开发人员和终端用户熟悉的通用操作系统提供硬实时和控制能力来强化Windows。wRTOS是由一个独立的实时子系统（RTSS）所组成，能独立于Windows之外排程并控制所有RTSS应用程序。这种集成式方案提供了世界级的用户体验，效能不仅超越像是DSP、FPGA与MCU等实时硬件，更降低了需要确定性或硬实时的系统开发成本。支持对称多处理 （SMP）的wRTOS充分发挥了64位内存与效能的优势。独特的是，wRTOS RTOS排程器能够让嵌入式实时应用程序直接存取64位Windows上高达512GB的可寻址物理内存。这对现在的实时系统而言是很关键的，与传统32位Windows系统的4GB物理内存限制相比，更是跨出了巨大的一步。4GB的限制已经妨碍了许多仰赖实时系统跟需要更多内存的产业创新。

确定性

保证精准度 – 定时器周期可设定低至 1 微秒，且中断服务线程（Interrupt Service Thread, IST）延迟小于 10 微秒

与Windows隔离 – Windows进程不会干扰实时应用程序的运作

可扩展性 – 一个排程器可供所有实时处理器使用。对称多处理（SMP）感知排程器利用优先驱动以及抢占式两种算法，确保关键线程的环境转换，并让高优先级的线程在次微秒的间隔里发生

工业标准

• 如同前身RTX64，MaxRT wRTOS®在设计上即以支持工业标准为核心。在Windows 11上运行，支持Visual Studio作为开发环境，并以C/C++作为主要程序语言。可使用所有Windows驱动程序、工具与通信协议。支持EtherCAT以及如TSN等最先进的网络通信技术。此外，MaxRT wRTOS®致力于符合《网络弹性法案》的规范。支持各项标准是我们保护客户投资在我们软件的重要关键。

   

网络通信与协议

• wRTOS是通过一个称为网络链路层（Network Link Layer, NL2）的基础组件，以及堆栈在NL2之上的一组选用协议组件来提供网络功能。这些组件都在RTSS环境中运行。NL2提供对以太网络硬件的底层原始存取，而协议组件则提供像是TCP/IP与EtherCAT这类的高阶功能。应用程序可以同时使用一个或多个这些网络通信组件的服务。

• 此功能包含：

  • 网络链路层（Network Link Layer, NL2）
  • 虚拟网络通信
  • 网络中继（Network Relay）
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网络链路层（Network Link Layer, NL2）架构

• 网络链路层（NL2）软件组件提供抽象API给实时应用程序，以存取OSI模型第二层的网络服务，且独立于底层硬件。

  • 支持直接使用实体队列或新的逻辑队列，让多个应用程序能存取同一个实体队列
  • 对入站帧和出站帧进行硬件时间戳
  • NIC硬件时钟与CPU时钟的交叉时间戳（支持软件方式与搭配PTM的硬件方式）
  • NIC硬件时钟调整
  • 将传送/接收队列中断指派至不同內核
  • 支持VLAN
  • 依据PCP（优先权代码点）进行入口过滤
  • 启动时间控制
  • Credit-Based Shaper（“Qav”流量整形机制）

• 下方图表显示NL2架构的宏观布局。

与实时应用程序的互动

• 下方图表聚焦于NL2与实时应用程序之间的互动：

虚拟网络通信

• 虚拟网络通信附加组件借由在Windows与wRTOS之间建立点对点联机，仿真系统中TCP架构的局域网络联机，从而简化wRTOS进程与HMI或Windows进程的集成。这种集成在简化使用者体验的同时，也为应用程序的配置方式提供更多弹性选项。

网络中继（Network Relay）

• 网路中继软件组件会在Windows与RTSS之间建立通信通道，使Windows应用程序能经由wRTOS所拥有的网卡来传送与接收以太帧。

额外可购买的功能

• MaxRT 网络通信

• 包含TCP/IP堆栈、适用于高需求的工业自动化任务，尤其在分布式控制系统（DCS）的环境中。了解更多 MaxRT 网络通信

• MaxRT GigE Vision

• 具备GigE驱动程序，并支持确定性的影像采集与分析，在像是自动光学检测（AOI） 等应用中特别具有价值。这让实时质量控管与缺陷检测在制造过程中得以实现。了解更多 MaxRT GigE Vision
  

• MaxRT 总线

• 提供EtherCAT堆栈与工具，可对EtherCAT装置进行高速且具确定性的控制。了解更多 MaxRT 总线