Windows Echtzeit für industrielle Steuerungssysteme

Übersicht

MaxRT wRTOS™ bietet deterministisches Verhalten bzw. harte Echtzeit auf Mehrkernprozessoren und läuft parallel zum Windows-Betriebssystem. MaxRT wRTOS™ erweitert Windows um harte Echtzeit- und Steuerungsfunktionen für ein universelles Betriebssystem, das Entwicklern und Endbenutzern gleichermaßen vertraut ist.

wRTOS besteht aus einem separaten Echtzeit-Subsystem (RTSS), das alle RTSS-Anwendungen unabhängig von Windows plant und steuert. Die kombinierte Lösung bietet ein erstklassiges Benutzererlebnis, übertrifft Echtzeit-Hardware wie DSPs, FPGAs und MCUs und senkt die Entwicklungskosten für Systeme, die deterministisches Verhalten oder harte Echtzeit erfordern. Das symmetrische Multiprocessing-fähige wRTOS nutzt die 64-Bit-Speicher- und Leistungsfähigkeit voll aus. Der wRTOS-RTOS-Scheduler ermöglicht eingebetteten Echtzeitanwendungen den direkten Zugriff auf die 512 GB adressierbaren physischen Speicher von 64-Bit-Windows. Dies ist für moderne Echtzeitsysteme von entscheidender Bedeutung und stellt einen enormen Fortschritt gegenüber der 4-GB-Speicherbegrenzung herkömmlicher 32-Bit-Windows-Systeme dar. Die 4-GB-Grenze hat Innovationen in vielen Branchen, die auf Echtzeitsysteme angewiesen sind und einen Speicherzugriff weit über 4 GB hinaus benötigen, verlangsamt.

Determinismus

Garantierte Präzision – Timerperioden bis zu 1 Mikrosekunde und IST-Latenzen (Interrupt Service Thread) unter 10 Mikrosekunden.

Unabhängigkeit von Windows – Windows-Prozesse können Echtzeitanwendungen nicht beeinträchtigen.

Skalierbarkeit – Ein einziger Scheduler wird für alle Echtzeitprozessoren verwendet. Der SMP-fähige Scheduler nutzt prioritätsgesteuerte und präemptive Algorithmen, um kritische Thread-Kontextwechsel zu gewährleisten und Threads mit hoher Priorität im Sub-Mikrosekundenbereich den Vortritt zu lassen.

Standards

• Wie sein Vorgänger RTX64 wurde auch MaxRT wRTOS™ auf die Unterstützung von Standards ausgelegt. Es läuft unter Windows 11 und unterstützt Visual Studio als Entwicklungsumgebung sowie C/C++ als Hauptprogrammiersprache. Alle Windows-Treiber, -Tools und -Protokolle sind verfügbar. Es unterstützt EtherCAT und modernste Netzwerktechnologien wie TSN. Darüber hinaus verpflichtet sich MaxRT wRTOS™ zur Einhaltung des Cybersecurity Resilience Act. Die Unterstützung von Standards ist entscheidend für den Schutz der Investitionen unserer Kunden in unsere Software.

Netzwerk und Protokolle

• wRTOS stellt Netzwerkfunktionen über eine Basiskomponente namens Netzwerkverbindungsschicht (NL2) und optionale Protokollkomponenten bereit, die auf der NL2 aufbauen. Diese Komponenten laufen innerhalb der RTSS-Umgebung. Die NL2 ermöglicht den direkten Zugriff auf die Ethernet-Hardware, während die Protokollkomponenten Funktionen höherer Ebene wie TCP/IP und EtherCAT bereitstellen. Anwendungen können die Dienste einer oder mehrerer dieser Netzwerkkomponenten gleichzeitig nutzen.

• Es umfasst:

  • Netzwerkverbindungsschicht (NL2)

  • Virtuelles Netzwerk

  • Netzwerkrelais

Netzwerkverbindungsschicht (NL2)-Architektur

• Die Softwarekomponente Network Link Layer (NL2) stellt Echtzeitanwendungen abstrakte APIs zur Verfügung, um unabhängig von der zugrunde liegenden Hardware auf Netzwerkdienste auf Schicht 2 des OSI-Modells zuzugreifen.

  • Unterstützt die direkte Verwendung physischer Warteschlangen oder neuer logischer Warteschlangen, um mehreren Anwendungen den Zugriff auf dieselbe physische Warteschlange zu ermöglichen.
  • Hardware-Zeitstempelung eingehender/ausgehender Frames.
  • Zeitstempelung der Netzwerkkarten-Hardwareuhr gegenüber der CPU-Uhr (sowohl in Software als auch in Hardware mit PTM).
  • Anpassung der Netzwerkkarten-Hardwareuhr.
  • Zuweisung von Sende-/Empfangswarteschlangen-Interrupts zu verschiedenen Kernen.
  • VLAN-Unterstützung.
  • Eingangsfilterung basierend auf PCP (Priority Code Point).
  • Startzeit.
  • Credit-Based Shaper („Qav“).

• Die Abbildung unten zeigt einen Überblick über die Architektur von NL2.

Interaktionen mit Echtzeitanwendungen

• Das folgende Diagramm konzentriert sich auf die Interaktionen zwischen NL2 und Echtzeitanwendungen:

Virtuelles Netzwerk

• Das Add-on „Virtual Network“ vereinfacht die Integration von wRTOS-Echtzeitprozessen in eine HMI oder einen Windows-Prozess durch eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Windows und wRTOS, die eine TCP-basierte LAN-Verbindung auf einem System emuliert. Diese Integration vereinfacht die Benutzererfahrung und bietet gleichzeitig vielseitigere Konfigurationsmöglichkeiten für Anwendungen.

Netzwerk-Relay

• Die Softwarekomponente Network Relay stellt einen Kommunikationskanal zwischen Windows und RTSS her und ermöglicht es Windows-Anwendungen, Ethernet-Frames über von wRTOS verwaltete Netzwerkkarten zu senden und zu empfangen.

Zusätzliche käufliche Funktionen

• MaxRT Grundlagen der Netzwerktechnik

• Durch die Einbeziehung eines TCP/IP-Stacks, der Netzwerkverbindungsschicht (NL2), Netzwerk-Relay-Funktionen und virtueller Netzwerkfunktionen eignet es sich für anspruchsvolle Aufgaben der industriellen Automatisierung, insbesondere in einer verteilten Systemumgebung. Erfahren Sie mehr über MaxRT Basic Networking
  

• MaxRT GigE Vision

• Es verfügt über einen GigE-Treiber und unterstützt die deterministische Bildaufnahme und -analyse, was in Anwendungen wie der automatisierten optischen Inspektion (AOI) von großem Wert ist. Dies ermöglicht die Echtzeit-Qualitätskontrolle und Fehlererkennung in Fertigungsprozessen. Erfahren Sie mehr über MaxRT GigE Vision

• MaxRT Feldbus

• Bietet einen EtherCAT-Stack und Werkzeuge für die schnelle, deterministische Steuerung von EtherCAT-Geräten. Erfahren Sie mehr über MaxRT Feldbus