本期導(dǎo)讀

全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮下，工業(yè)控制領(lǐng)域正經(jīng)歷從傳統(tǒng)封閉架構(gòu)向開(kāi)放性、智能化方向的深刻變革。但在當(dāng)下，工業(yè)控制市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，價(jià)格內(nèi)卷現(xiàn)象愈發(fā)明顯。傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)大多依賴(lài)Windows操作系統(tǒng)，其高昂的授權(quán)費(fèi)用和復(fù)雜的維護(hù)成本，使得企業(yè)在成本控制面臨著較大壓力。

與此同時(shí)，隨著國(guó)際地緣形勢(shì)和供應(yīng)鏈的變化，自主可控成為工業(yè)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要需求。許多國(guó)內(nèi)制造企業(yè)開(kāi)始尋求更開(kāi)放的操作系統(tǒng)解決方案，以降低對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴(lài)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

實(shí)時(shí)性響應(yīng)需求也是當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域的重要趨勢(shì)之一。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備的高效運(yùn)行和精準(zhǔn)控制至關(guān)重要，傳統(tǒng)的Windows操作系統(tǒng)由于其復(fù)雜的架構(gòu)和多任務(wù)處理機(jī)制，在實(shí)時(shí)性方面存在一定的局限性。而基于Linux的RTOS實(shí)時(shí)系統(tǒng)，以其輕量級(jí)、高效能的特點(diǎn)，能夠更好地滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)實(shí)時(shí)性響應(yīng)的嚴(yán)格要求。 基于此，研華科技敏銳洞察市場(chǎng)趨勢(shì)，并憑借多年在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的深厚積累，正式推出基于Linux的研華RTOS實(shí)時(shí)核系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“研華RTOS”)，以軟硬協(xié)同的方式，滿(mǎn)足客戶(hù)需求并進(jìn)一步深耕行業(yè)應(yīng)用。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的創(chuàng)新架構(gòu)

RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并非新生事物，但其在工業(yè)場(chǎng)景的應(yīng)用長(zhǎng)期受限于系統(tǒng)穩(wěn)定性與硬件適配能力。一套完整的實(shí)時(shí)控制器，包括底層的系統(tǒng)硬件平臺(tái)，中間負(fù)責(zé)調(diào)度的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，以及上面的操作系統(tǒng)，缺一不可。但如何充分發(fā)揮整套系統(tǒng)架構(gòu)的性能同時(shí)又要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性?

研華RTOS的特色之處在于，憑藉著研華原有平臺(tái)完整設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力的技術(shù)掌握，加上開(kāi)源的Linux為基礎(chǔ)，通過(guò)獨(dú)特的分核架構(gòu)軟硬體設(shè)計(jì)與調(diào)優(yōu)，將實(shí)時(shí)任務(wù)與非實(shí)時(shí)任務(wù)分離，確保系統(tǒng)在高負(fù)載下依然能夠穩(wěn)定運(yùn)行。這設(shè)計(jì)仿如一位高效的管家，將硬件資源分配得井井有條，既保證了實(shí)時(shí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，又兼顧了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

而隨著RTOS的推出，研華基于多核處理器與Hypervisor技術(shù)，構(gòu)建了“雙系統(tǒng)架構(gòu)”，將硬件資源劃分為實(shí)時(shí)控制與非實(shí)時(shí)管理兩大子系統(tǒng)。其中，實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)運(yùn)行RTOS，支持CODESYS RTE等任務(wù)，滿(mǎn)足工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控加工等微秒級(jí)響應(yīng)需求;非實(shí)時(shí)管理子系統(tǒng)則運(yùn)行Windows，負(fù)責(zé)機(jī)器視覺(jué)、HMI/SCADA交互、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等任務(wù)，為上層應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)支持。兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)存交互高效協(xié)同，確保指令下發(fā)與狀態(tài)反饋的可靠與迅捷。

研華的“調(diào)校”之道

研華RTOS也并非簡(jiǎn)單地將Linux“拿來(lái)即用”。未經(jīng)調(diào)校的Linux雖具備開(kāi)源優(yōu)勢(shì)，但在工業(yè)場(chǎng)景下難以滿(mǎn)足嚴(yán)苛的高性能和可靠性要求。為此，研華投入大量精力進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)校，從底層硬件到上層操作系統(tǒng)，以宏觀控制系統(tǒng)的整體性做控制器的調(diào)試及定制。

? 在硬件層面對(duì)BIOS進(jìn)行深度定制，優(yōu)化中斷響應(yīng)機(jī)制;

? 在中間驅(qū)動(dòng)層，實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)核的精準(zhǔn)對(duì)接，優(yōu)化底層硬件的資源調(diào)度及響應(yīng)級(jí)別，減少數(shù)據(jù)傳遞延遲;

? 在操作系統(tǒng)層面，通過(guò)裁減非必要服務(wù)模塊，以及對(duì)適配整套實(shí)時(shí)系統(tǒng)及硬件系統(tǒng)需求的定制，讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定和高效。

經(jīng)過(guò)研華專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)的精心調(diào)校，系統(tǒng)性能實(shí)現(xiàn)了顯著躍升。以“AMAX-5570 + RTOS”作為示例，在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和整合實(shí)時(shí)性測(cè)試中，Linux版本在經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)、BIOS及RTOS等項(xiàng)目調(diào)校后，在同等硬件及測(cè)試環(huán)境下，DC周期效能最大提升66%，抖動(dòng)時(shí)間最大減少96%，甚至部分?jǐn)?shù)據(jù)更優(yōu)于運(yùn)行在Windows之上。

這些數(shù)據(jù)直觀地表明，研華的調(diào)校工作卓有成效，大幅挖掘并提升了控制器硬件的潛在效能。這使得控制器能夠以更加穩(wěn)定且高效的狀態(tài)運(yùn)行于各類(lèi)設(shè)備之中，為工業(yè)生產(chǎn)等場(chǎng)景提供堅(jiān)實(shí)可靠的支持和保障。

軟硬協(xié)同，1+1>2

事實(shí)上，研華對(duì)RTOS的調(diào)教成效突破不僅源于Linux的先天優(yōu)勢(shì)，更得益于研華在軟硬件整合上的深厚積累。

研華憑借多年在工業(yè)計(jì)算領(lǐng)域的深耕，針對(duì)不同行業(yè)的多樣化需求，開(kāi)發(fā)出了豐富多樣的硬件產(chǎn)品線。在硬件接口方面，研華提供了豐富的選擇，涵蓋了各種特殊接口，如軌道交通的防脫落型接口、能源領(lǐng)域的防水防爆等級(jí)接口等，滿(mǎn)足不同行業(yè)的特殊需求。在硬件形態(tài)上，研華擁有無(wú)風(fēng)扇、上架式、軌道式等多種類(lèi)型，以及板卡式工控機(jī)等不同形式，為客戶(hù)提供了廣泛的選擇空間。

比如，在高算力需求的半導(dǎo)體行業(yè)，研華MIC - 770搭配研華RTOS，能滿(mǎn)足其對(duì)高算力的要求;在電子制造的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)環(huán)節(jié)，適用于多相機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景的TPC-B520，配合研華RTOS，可實(shí)現(xiàn)高效的視覺(jué)檢測(cè)功能。這些硬件產(chǎn)品與研華RTOS的深度結(jié)合，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的軟硬協(xié)同優(yōu)勢(shì)，形成“1+1>2”的協(xié)同效應(yīng)，為各行業(yè)客戶(hù)提供了更優(yōu)質(zhì)、更貼合需求的解決方案。 研華亦憑藉在原來(lái)平臺(tái)的行業(yè)領(lǐng)先者角色，配合現(xiàn)在對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)及OS的調(diào)教團(tuán)隊(duì)能力，成為國(guó)內(nèi)極少數(shù)擁有整套控制系統(tǒng)自主生產(chǎn)硬件及調(diào)教軟件的企業(yè)，實(shí)現(xiàn)從硬件供應(yīng)商向軟硬一體解決方案商的躍遷。

打造工業(yè)控制未來(lái)強(qiáng)勁“引擎”

更重要的是，隨著研華RTOS的推出，研華精心構(gòu)建的控制軟件架構(gòu)日臻完善。這套架構(gòu)宛如一臺(tái)強(qiáng)勁的“控制引擎”，為工業(yè)控制系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展注入源源動(dòng)力。

在控制軟件架構(gòu)的底層，便是前面所述的研華依托多核處理器與Hypervisor技術(shù)精心打造的 “雙系統(tǒng)架構(gòu)”。這一架構(gòu)借助Hypervisor虛擬化技術(shù)，能夠高效地將實(shí)時(shí)任務(wù)與非實(shí)時(shí)任務(wù)隔離開(kāi)來(lái)，規(guī)避資源競(jìng)爭(zhēng)。與此同時(shí)，該技術(shù)還支持多核動(dòng)態(tài)分配功能，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的智能均衡，讓系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定流暢。不僅如此，此架構(gòu)巧妙地兼顧了Windows生態(tài)系統(tǒng)與工業(yè)實(shí)時(shí)應(yīng)用的雙重需求，為用戶(hù)拓展了靈活的擴(kuò)展空間，營(yíng)造了便捷的開(kāi)發(fā)環(huán)境，充分滿(mǎn)足了多樣化的使用場(chǎng)景需求。

在控制軟件架構(gòu)的中間層，研華打造了一個(gè)基于IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的研華自動(dòng)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)程序軟件。該軟件集邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、模擬程序、診斷數(shù)據(jù)、通信數(shù)據(jù)等功能于一體，而且功能可擴(kuò)展，是一款高效且友善的程序設(shè)計(jì)軟件，其簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)的特性顯著縮短設(shè)備開(kāi)發(fā)及調(diào)試周期，并能與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)深度融合，推動(dòng)智能化生產(chǎn)。

而最上面的應(yīng)用層，研華進(jìn)一步聚焦半導(dǎo)體、3C電子、新能源等垂直行業(yè)，提供包含算法工藝包、行業(yè)軟件、行業(yè)硬件在內(nèi)的客制化行業(yè)方案，全力推動(dòng)行業(yè)工藝升級(jí)。

未來(lái)，研華將依托控制軟件架構(gòu)的強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)，滿(mǎn)足行業(yè)對(duì)自主可控、實(shí)時(shí)性與成本效益的需求，加速生態(tài)構(gòu)建與應(yīng)用落地。同時(shí)，研華將持續(xù)深化其“Sector Driven(產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng))”戰(zhàn)略，聚焦智能制造、能源、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)及半導(dǎo)體、新能源設(shè)備等細(xì)分場(chǎng)景，引領(lǐng)工業(yè)控制邁向全新的發(fā)展階段。