|
在嵌入式市場(chǎng)，一些顛覆性的技術(shù)正在影響著(zhù)發(fā)展趨勢，并且為設備制造商帶來(lái)前所未有的機遇，對其產(chǎn)品和業(yè)務(wù)模式產(chǎn)生方向性的變革，這就是多核和虛擬化技術(shù)。通過(guò)這些技術(shù)的應用，可以顯著(zhù)改善設備性能，并通過(guò)硬件集中化來(lái)降低成本，最終在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內取得最佳的經(jīng)濟效益。 多核處理器日趨成熟，這就是機遇的開(kāi)始。最新的Intel多核處理器不僅性能大幅提高，而且明顯改善了單個(gè)處理核的性能功耗比（Performance PerWatt）�；诙嗪颂幚砥鱽�(lái)構建自己的產(chǎn)品，也提高了應用的可伸縮性，為適應更高的性能需求預留了空間，從而使設備在投資保護方面有更好的表現。Intel公司的雙核和四核處理器銷(xiāo)售量已經(jīng)遠遠超過(guò)單核處理器，這個(gè)事實(shí)足以顯示多核應用顯著(zhù)增加的趨勢。 虛擬化技術(shù)是另一個(gè)重要的趨勢。借助于對底層處理器內核、內存和外設的抽象，這種技術(shù)使得多個(gè)虛擬機可以運行在同一個(gè)物理板上。虛擬化提供了多操作系統的運行環(huán)境，例如可以在同一個(gè)設備中同時(shí)運行高實(shí)時(shí)性操作系統（例如Wind River VxWorks和通用的操作系統（比如WindRiver Linux）。如圖1所示。 通過(guò)多核處理器和虛擬化提升了單個(gè)設備的性能，從而可以把原本需要多個(gè)設備分別運行才能完成的任務(wù)合并到單個(gè)設備上，這就是集中化（Consolidation）。這樣一來(lái)，需要使用的硬件設備減少了，能源利用率提高了，不僅在整體上需要使用的物料減少了，而且也降低了系統整體運行成本。 虛擬化是由Hypervisor來(lái)實(shí)現的。Hypervisor具有監管功能，可以讓多個(gè)運行環(huán)境相互獨立，由此提供了一種隔絕機制，讓每個(gè)應用都運行在獨立的環(huán)境中，從而提高系統的可靠性、防護性和安全性。 圖1 Intel-Wind River多核虛擬架構 隨著(zhù)新功能的增加以及新的政策法規的實(shí)行，與安全相關(guān)的系統架構越來(lái)越復雜。越來(lái)越多的工業(yè)設備需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與Internet等更大的系統相互聯(lián)系，從車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)到企業(yè)管理層之間的聯(lián)系也越來(lái)越密切。所有的設備都必須支持規模更大的應用軟件，例如，必須支持多種多樣與不同級別安全性相關(guān)的通信協(xié)議棧。隨著(zhù)系統復雜度的提高，政府法令也會(huì )提出更多的強制性要求、認證方法和流程，以確保系統的安全可靠性。 多核和虛擬化技術(shù)的組合應用可以幫助工業(yè)控制、過(guò)程自動(dòng)化、能源和交通行業(yè)的設備制造商保護其在軟件開(kāi)發(fā)方面的投資。這些技術(shù)讓同一個(gè)系統可以安全地同時(shí)運行更多的應用。因此，你可以在確保性能、安全性和可伸縮性的前提下，幾乎不需要做什么修改，就可以把原本運行在不同設備上的多種應用集中在一套系統中運行。而這些應用的管理也不會(huì )有太多的麻煩。 下面介紹風(fēng)河和英特爾如何合作推進(jìn)多核和虛擬化技術(shù)，幫助軟件開(kāi)發(fā)人員采用新的方法來(lái)解決工業(yè)控制和安全性要求極高的問(wèn)題。 覆蓋整個(gè)企業(yè)的工業(yè)控制解決方案 VxWorks、Wind River Linux和Wind RiverHypervisor可以運行在多種Intel處理器上，并且是由一個(gè)開(kāi)放標準的工具鏈來(lái)支持，由此可顯著(zhù)提高多核和多操作系統開(kāi)發(fā)工作的效率。這種能力可以延伸到工業(yè)企業(yè)的所有層面，呈現出一種“自動(dòng)化金字塔”的層次結構（如圖2所示）。 圖2 自動(dòng)化金字塔架構 在企業(yè)層，也就是企業(yè)里面的最高層，通常運行著(zhù)多種混合應用的服務(wù)器和工作站，其中可以包括協(xié)同性生產(chǎn)管理、財務(wù)和資產(chǎn)管理數據庫。IntelXeon處理器可以提供高性能計算能力，確保企業(yè)業(yè)務(wù)的順暢高效。在這個(gè)層次上可以同時(shí)運行大量的企業(yè)級應用，由高達8個(gè)或更多內核的處理器來(lái)支撐，而且通過(guò)大規模的片上高速緩存來(lái)減少上下文相關(guān)性切換，達到極高的并行計算速度。 在單元與控制層(Cell/ControlLayer)包含了實(shí)時(shí)控制與人機交互（HMI）功能，設備的安全可靠性要求十分關(guān)鍵。在這里，Wind RiverHypervisor和Intel多核處理器擁有極佳的用武之地，既可以提供足夠高的性能，而且確保了工業(yè)和高安全應用所要求的相互隔離性和可靠性。例如，The Intel Core 2Duo處理器有兩個(gè)處理器內核，一個(gè)內核可用來(lái)專(zhuān)門(mén)運行關(guān)鍵性的實(shí)時(shí)控制功能，另一個(gè)內核則用來(lái)運行HMI和其他操作控制臺等普通的功能。這種多核處理器擁有革命性的性能功耗比，非常適合用于體積受限的環(huán)境。 現場(chǎng)/數據層（field/data）對車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行控制，連接傳感器和控制機制，實(shí)現生產(chǎn)制造流程。在這一層最典型的要求就是節能，而IntelAtom處理器則非常適合于嵌入式應用。其特別的節能設計使功耗降到了2W，為小型控制器和嵌入式控制裝置提供了Intelarchitecture架構的獨特功能。 利用這樣的“自動(dòng)化金字塔”架構，工業(yè)控制系統的開(kāi)發(fā)人員可以建立各種不同的平臺，選擇不同的性能水平，卻采用相同的軟件代碼基礎，從而獲得長(cháng)期生命周期內的支持。設備制造商也會(huì )發(fā)現，維護通用處理器中的軟件比那些針對不同應用專(zhuān)門(mén)設計的硬件系統容易得多，因為Intel處理器是由廣泛的生態(tài)體系來(lái)提供豐富而且成熟的開(kāi)發(fā)工具。例如，作為Intel嵌入式和通信聯(lián)盟（Intel Embedded and CommunicationsAlliance）的成員之一，WindRiver和Intel攜手合作，確保兩家公司提供的解決方案可以在最短時(shí)間內充分發(fā)揮Intel處理器中的全部性能特性。 以Wind River Hypervisor實(shí)現虛擬化 Wind Riverhypervisor提供了將一個(gè)物理板劃分成多個(gè)虛擬板的分區（partition）能力(如圖3所示)。每個(gè)虛擬板既可以運行一個(gè)操作系統，也可以運行一個(gè)最小執行。你可以用配置工具來(lái)對板上的處理器內核、內存和外設進(jìn)行分區。處理器內核可以被排他性地分配給一個(gè)虛擬板，或者通過(guò)適當的調度算法來(lái)由多個(gè)虛擬板來(lái)共享。內存也可以進(jìn)行分區，以便每個(gè)虛擬板擁有其專(zhuān)用的內存空間，從而不會(huì )打擾或影響其他的虛擬板。為了實(shí)現各個(gè)虛擬板之間的通信，可以分配一定數量的共享內存空間。串行通信接口和以太網(wǎng)接口也都可以指定給某個(gè)虛擬板或者由多個(gè)虛擬板共享。 圖3 Wind River hypervisor的分區功能 有了Hypervisor，就可以利用其中的虛擬板機制為那些現有的私有操作系統分配專(zhuān)門(mén)的虛擬板，而其他的虛擬板則運行通用的商業(yè)化操作系統，這就為企業(yè)從私有平臺向商業(yè)化平臺的遷移提供了一種平滑過(guò)渡的途徑，也為企業(yè)更順暢地從舊的硬件環(huán)境升級到新的硬件環(huán)境提供了途徑。 Wind RiverHypervisor是風(fēng)河多核軟件解決方案中的組成部分，其中提供了許多工業(yè)設備制造商充分利用多核潛力所必需的技術(shù)。Wind RiverHypervisor既可用于Intel單核處理器，也可用于多核處理器，從而在保持應用隔離的前提下提供了極高的性能。 應對未來(lái)安全與性能的需求 多核和虛擬化的組合運用為工業(yè)設備和交通運輸設備制造商應對未來(lái)的安全與計算性能需求提供了絕佳的途徑。也正是通過(guò)這個(gè)途徑，來(lái)自Intel和風(fēng)河兩家公司的硬件和軟件技術(shù)合為一體，共同幫助設備開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商，采用標準化的方法來(lái)實(shí)現硬件資源在時(shí)間和空間的分隔管理和使用。Intel獨特的多核處理器性能和Intel Virtualization技術(shù)為應用提供了虛擬化的硬件環(huán)境，而風(fēng)河則提供了軟件框架，其中包括了經(jīng)過(guò)權威機構認證的VxWorks for DO-178B 或IEC61508操作系統和先進(jìn)的Wind River hypervisor。OEM廠(chǎng)商在爭取獲得IEC61508-Part3或者其他行業(yè)標準認證時(shí)，也將從Wind River與IntelArchitecture處理器的組合中受益匪淺。這樣的組合為實(shí)時(shí)虛擬環(huán)境的安全性和可靠性提供了堅實(shí)的保證。 |
