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