實時系統的作用

對于機器人、高端制造業、醫療和過程控制（石油、天然氣和電力）業務來說，實時處理非常重要。這些行業依賴實時數據處理以不斷提高安全性、效率和可靠性。而確保這些行業的實時處理數據的一個關鍵因素是，系統要能夠實時調度工作任務, 優先響應、管理和執行實時工作任務。

例如，現代汽車制造商依靠機器人在生產線上的協同工作來組裝汽車。機器人傳遞零件、鉆孔、焊接，或執行安全檢查，都需要精確和連續地處理。在這些應用中，實時系統不僅必須在已經設定的、可預測的時間范圍內處理數據，還必須確保關鍵任務（如安全相關任務）在不太關鍵的任務之前完成。

那么，如何確保數據按照設定的時間和方式處理呢？

答案是運用實時系統。

實時系統一般會提供以下功能：

ProCon NoTime：實時.NET執行環境

ProCon NoTime是基于實時系統的.NET執行環境，與Windows共同或獨立運行在一般工業計算機上。安裝ProCon NoTime之后，工程師可以用Visual Studio基于以往的習慣開發基于.NET語言（如C#，VB.NET等）的實時程序。

1.開箱即用

基于目前市場常見的實時系統，在開發時都需要面對不少問題：內存管理、與現有開發工具的兼容性、實時系統SDK學習，以及后續穩定性和可維護性挑戰。

而通過NoTime，工程師只需要將原本運行在Windows上的.NET機器控制程序，通過調用LoadNoTimeAPP接口等簡易操作，就可放到實時系統中運行，這樣工作重心就能轉移到設備運控及邏輯程序本身，無需擔心實時性的實現了。

同樣的程序運行在NoTime和Windows中會有顯著的不同，以下我們通過一些簡單的實驗來展示。

2.實時的用戶程序響應

這是一個經常出現的現象，一個外部信號進入控制系統，用戶希望收到信號之后立刻進行一些計算和判斷，然后進行某種形式的輸出。這類問題常見于各類視覺檢測應用中。

物品運動的速度是200mm/s，假設收到外部信號后，需要進行1萬次浮點數運算，計算完成之后伺服電機急停。我們把相同的程序分別運行在Windows和NoTime環境中。（詳見視頻）

通過圖中的曲線可以看到Windows和NoTime兩種環境中的區別。

由于Windows并不是硬實時操作系統，而NoTime 125μs高精度線程可以精確地執行用戶程序，所以這個結果是符合預期的。但是與傳統的實時系統不同，NoTime用戶并不需要其他額外的實時系統開發成本和SDK購買成本，直接使用標準的C#語言就可以獲得硬實時系統的效果。

這個實驗中用到了ProCon YKCAT2— —是基于windows和NoTime的運動控制庫，我們將在后續介紹。

3.實時通訊

不同于“虛擬機”，或者Windows設備驅動類實時系統，NoTime基于完整的實時操作系統，可以完全地管理PC的其他硬件。因此我們可以實現實時的PC與PC或PC與PLC的通訊。

相同的代碼，基于NoTime的Socket通訊，比基于Windows的更加穩定和敏捷。

對于貼合綁定、檢測設備和疊片設備等來說，穩定的PC通訊可以顯著縮短設備的CT，提高穩定性。

4.藍屏機器控制

因為NoTime與Windows安全隔離，所以即使Windows因為病毒，兼容性等原因藍屏，NoTime依然可以穩定運行，使設備始終處于受控狀態。可以繼續執行關鍵的保護和安全任務，避免人員或產品的損失。（詳見視頻）

5.NoTime高精度線程：與PLC一樣的確定性，但是算力更強

基于PC的控制系統算力一般較強，但是一般認為計算周期的穩定性要遜于PLC。基于NoTime 125μs高精度線程，用戶程序在125μs周期內精確地執行。每個周期可以執行約1.3萬次浮點數運算（基于i5-8500，單核心）這樣就兼具了算力與運算周期穩定的優勢。

我們采集了每125μs的浮點數計算量，其中Windows管理intel i5-8500的5個核心，NoTime管理intel i5-8500的1個核心。如下圖可以看到兩者的對比：Windows響應用戶程序的算力并不穩定，有些周期只能計算數十次或沒有算力資源，這類情況需要等待Windows分配算力，造成用戶程序的卡頓。

以上，就是NoTime— —基于實時系統的.NET 執行平臺。通過NoTime，軟件工程師可以幾乎無門檻地進入實時世界，同時繼續享用X86系統的高算力優勢。

審核編輯：湯梓紅