Перейти на старую версию сайта

 

Встраиваемые системы на основе Windows

RTX
RTX 
Расширение реального времени RTX для Windows
Windows Embedded Standard (XP Embedded)
Windows Embedded Standard (XP Embedded) 
Windows Embedded Standard (XP Embedded)






RTX

Расширение реального времени RTX для Windows

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ: IntervalZero


ОПИСАНИЕ:

Расширение реального времени для Windows

Расширение IntervalZero RTX - программное средство, предназначенное для добавления функциональности «жёсткого» реального времени в системы под управлением операционных систем Microsoft Windows. Программный продукт RTX был с успехом опробован в тысячах различных автоматизированных систем управления, аэрокосмических системах, контрольно-измерительной аппаратуре, роботах и т.д. Он позволил добиться повышения их эффективности, возможностей, степени масштабируемости и надёжности функционирования при одновременном сокращении сроков и стоимости разработки новой продукции.

Общие сведения

Расширение IntervalZero RTX изначально разрабатывалось именно как расширение, дополнение ОС Windows, обеспечивающее характеристики реального времени, а не как операционная система реального времени, перенесённая в среду Windows. Оно предоставляет широкие возможности по управлению прерываниями IRQ, устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и гарантирует надёжное исполнение указанных задач с нужным приоритетом. Применение расширения требует минимальных усилий по конфигурированию системы и помогает достичь максимальной эффективности исполнения задач.

Расширение RTX поддерживает режим «симметричной мультипроцессности» (SMP - Symmetric Multiprocessing) и позволяет в многоядерных (многопроцессорных) системах выделять под задачи RTX до 31 процессорного ядра. Кроме этого, доступен также и режим разделения процессорных ресурсов между Windows и RTX, когда планировщик сам определяет, на каком ядре исполнять конкретную задачу. В состав расширения входят средства, значительно ускоряющие поиск и устраняющие ошибки за счёт предоставления обширной информации. Расширение IntervalZero RTX разработано с учетом совместимости с Win32 API, что даёт возможность создавать прикладные коды в виде исполняемых модулей Windows (исполняемых файлов с расширением .ЕХЕ), которые могут быть запущены на уровне Ring 3 с защитой доступа к памяти. Оти модули могут быть также перекомпилированы в виде подсистемы реального времени уровня Ring 0, на котором повышение её производительности осуществляется за счёт исполнения приложений реального времени до любого из приложений Windows.

Архитектура платформы IntervalZero RTOS

Основные характеристики:

  • Надёжное высокопроизводительное расширение операционной системы реального времени для Windows в Ring 0.
  • Симметричное параллельное выполнение задач реального времени (SMP).
  • Средство управления распределением нагрузки по ядрам.
  • Поддержка устройств всех стандартных Microsoft HAL, включая соответствующие спецификации ACPI контроллеров прерываний РІС, а также одно- и многопроцессорных контроллеров прерываний АРІС.
  • Возможность применения во всех операционных системах Microsoft Windows типа Windows 7, Vista, ХР, Embedded, Server 2003.
  • Полное соответствие спецификациям Win32 API, что исключает необходимость применения различных преобразователей кодов при использовании директив API.
  • Полная поддержка современных архитектур х86, технологий Intel AVX и SSE.
  • Работа на однопроцессорной системе в режиме разделения ресурсов процессорного ядра или на многоядерной платформе с выделением от 1 до 31 ядра исключительно для задач реального времени.
  • Поддержка таймеров с разрешением до 1 мкс.
  • Поддержка прерываний MSI для шин PCI/PCI Express.
  • Поддержка пакетов Microsoft Visual Studio 2005, 2008,2010, представляющих собой стандартную инструментальную среду для разработки, компиляции и отладки Windows-приложений.
  • Реализация технологии предотвращения инверсии приоритетов, обеспечивающей сохранение производительности приложения при запуске потоков (нитей) с более низким приоритетом.
  • Планирование исполнения по приоритетам или с вытеснением, тип которого может быть указан для каждого потока.
  • Независимый от типа Windows стек TCP/IP, совместимый с WinSock.
  • Высокая производительность межпроцессного обмена данными

Soft-Control Architecture:

Повышение степени конкурентоспособности и дифференциации продукции:

  • Более высокая производительность и лучшие рабочие характеристики в устройствах тех же размеров.
  • Такие же рабочие характеристики и производительность в устройствах меньших размеров.

  • Значительное повышение качества в устройствах тех же размеров.

Снижение затрат на вычислительные платформы на 25-50%

  • Отсутствие необходимости в применении дополнительных ПК для реализации функций человекомашинных интерфейсов.
  • Отсутствие необходимости в применении специализированных контроллеров и коммуникационного оборудования.
  • Повышение коэффициента загрузки оборудования, более полная реализация возможностей многоядерных платформ.

Повышение степени эффективности эксплуатации и снижение уровня издержек производства

  • Снижение уровня производственных затрат, потребности в аппаратных компонентах.
  • Уменьшение объёмов материально-технических запасов.
  • Снижение расходов на техобслуживание.
  • Модернизация системы может быть выполнена путём загрузки нового программного обеспечения, а не замены рабочих модулей.

Архитектура расширения RTX

IntervalZero RTX представляет собой истинное расширение операционной системы без инкапсуляции Windows и какого- либо взаимодействия с инфраструктурой Windows или её изменения. Благодаря подобному разделению приложения подсистемы реального времени RTX (real-time subsystem, RTSS) будут исполняться даже при полном сбое Windows (когда на мониторе отображается «синий экран»). Подсистема RTSS построена на основе детерминистичного планировщика реального времени, в котором реализованы как алгоритм планирования на основе приоритетов, так и алгоритм планирования с вытеснением. Планировщик осуществляет переключение контекста всех важнейших потоков системы - при использовании современных процессоров передача управления потоку с более высоким приоритетом происходит за доли микросекунды.

RTX позволяет выделять до 31 процессорного ядра только для выполнения задач реального времени. Также RTX работает и на одноядерных конфигурациях (для них доступен лишь режим разделения ресурсов процессора). Количество используемых ядер задаётся разработчиком. При этом поддержка SMP для него реализована прозрачно и обеспечивает изоляцию и параллельное выполнение потоков. Кроме того, разработчик может управлять загрузкой и распределением задач по ядрам. Имеется возможность варьировать и затраты на конечные системы, выбирая наиболее подходящую среду исполнения RTX Runtime для требуемого числа ядер, выделяемых под задачи RTX.

Варианты RTX Runtime

Варианты RTX Runtime

Управление приложениями RTX осуществляется на основе схемы со 128 уровнями приоритетов потоков. При этом время запуска потока обслуживания прерывания не превышает 10 мкс (на ряде платформ менее 1 мкс).

Расширение RTX допускает использование устройств с прерываниями MSI и MSI-X (Message Signaled Interrupts - прерывания, генерируемые с помощью сообщений, одна из альтернатив «проводным» схемам генерации прерываний). Работа с такими прерываниями предусмотрена для всех операционных систем: для функционирования RTX достаточно, чтобы только устройство, а не операционная система поддерживало генерацию MSI/MSI-X-прерываний. Благодаря тому, что шины PCI и PCI Express поддерживают генерацию и обработку прерываний обоих типов («проводных» и MSI/MSI-X), настройка расширений RTX легко выполняется и Windows Embedded, и в Windows ХР, Vista, Windows 7.

Для упрощения обмена данными между процессами подсистемы RTSS и приложениями Win32 в расширениях RTX в дополнение к разделяемой памяти реализованы такие универсальные объекты межпроцессной связи, как события, мьютексы, семафоры. Благодаря этому обмен даже весьма значительными объёмами данных между ОС Windows и подсистемой RTSS может осуществляться без какого-либо снижения быстродействия прикладных программ. Для RTX-приложений в подсистеме RTSS имеются высокоэффективные средства поддержки протоколов TCP/UDP/IP.

Протокольный стек RT-TCP/IP поддерживает IP-протокол версии 4 (IPv4), а также IP-протокол следующего поколения IPv6. Имеется и дополнительный компонент RTX USB для использования USB 1.1 и USB 2.0 в системах реального времени.

Soft-Control Architecture

Расширение IntervalZero RTX лежит в основе нового подхода к проектированию систем реального времени, получившего название Soft-Control Architecture (архитектура программного управления). Его применение способно изменить принципы конкуренции в таких областях, как производство средств промышленной автоматизации, медицинских систем, контрольно-измерительной техники и авиакосмических систем благодаря повышению требований к возможностям и точности управления.благодаря повышению требований к возможностям и точности управления.

Основа архитектуры программного регулирования для систем «жёсткого» реального времени - интегрированная инструментальная платформа на базе многоядерной архитектуры х86, работающая под управлением операционной системы Microsoft Windows и расширения IntervalZero RTX. Soft-Control Architecture призвана обеспечить OEM- производителям значительное конкурентное преимущество и дифференциацию выпускаемой продукции. Она позволит разрабатывать более компактные системы, повышать объёмы, темпы и качество производства при одновременном снижении его себестоимости.

Soft-Control Architecture позволяет производителям отказаться от применения специализированных аппаратных средств оперативного регулирования на основе ПЛК или дополнительных устройств управления в пользу программных систем. Использование современных платформ совместно с RTX - экономичное и многофункциональное решение для построения систем реального времени на базе Windows с архитектурой х86.

Инструментальная среда

Применение комплексного пакета средств, интегрируемого с широко известным инструментальным пакетом Microsoft Visual Studio, существенно сокращает сроки разработки и отладки приложений. Оти средства позволяют разработчику в реальном масштабе времени «видеть» взаимодействие отлаживаемых приложений RTSS с аппаратными средствами системы и оперативно вносить требуемые изменения.

Дополнительные модули отладчика RTX для инструментальной среды предназначены для отладки приложений RTSS в среде Visual Studio. Они обеспечивают возможность отладки приложений уровня Ring 0 с помощью отладчика для режима пользователя (User Mode Debugger). Кроме того, они позволяют отлаживать приложения RTSS в среде «инструментальная система - целевая система».

Отладчик RTX представляет собой дополнительный модуль для отладчика ядра Microsoft WinDbg и обладает весьма широкими возможностями. Он предоставляет доступ к внутренним структурам данных среды RTX во время отладки ядра.

RTX-Wizard для Visual Studio - это средство ускоренного создания структуры и начальных кодов разрабатываемых приложений RTX, драйверов устройств, сетевых драйверов и т. д. на основе имеющихся шаблонов.

RTSS ObjectViewer выполняет функцию утилиты оперативного доступа к внутренним объектам среды RTX, благодаря которой разработчик получает текущую информацию о процессах, потоках и взаимодействии объектов межпроцессной связи, а также сведения о степени загрузки памяти подсистемами RTX.

TimeView отображает сведения о взаимодействии процессов и активности потоков внутри самой системы RTX и приложений на её основе. Информация о переключении потоков, контекста, выходных данных и сведения о возникающих событиях сохраняются в виде текстового файла.

PerformanceView контролирует загрузку процессора системой Windows и приложениями RTX.

Platform Evaluator- программное средство документирования характеристик системы с ОС Windows и установленным расширением RTX.


ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ:


Техническая информация




Windows Embedded Standard (XP Embedded)

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ: Microsoft

ОПИСАНИЕ:

Windows XP Embedded представляет собой специально доработанную версию операционной системы Windows XP фирмы Microsoft, представленную в компонентной форме и объединяющую новейшие возможности для встраивания, такие как поддержка энергонезависимой памяти, возможность удалённой загрузки и загрузки в бездисковом режиме, разнообразные средства удалённого управления. Основанная на том же исходном коде, что и Windows XP Professional, Windows XP Embedded даёт возможность разработчикам выбирать конфигурацию более чем из 10 000 уникальных компонент, достигая оптимальной производительности в устройствах ограниченного размера при быстром создании надёжных, передовых встраиваемых устройств.

Windows XP Embedded (встраиваемая система) содержит набор средств Windows Embedded Studio, предоставляющий разработчикам компонентные технологии Windows для быстрой настройки, разработки и тиражирования интеллектуальных устройств. Основанная на стандартном программном интерфейсе Win32 API, Windows XP Embedded позволяет значительно сократить время создания новых устройств с помощью известных средств разработки (таких как Visual Studio .NET), существующего аппаратного обеспечения для персональных компьютеров и интеграции настольных приложений, драйверов и служб.

Средства разработки целевых платформ

Windows Embedded Studio

Windows Embedded Studio - это набор средств разработки, используемый для создания конкретного образа операционной системы Windows XP Embedded, основанного на аппаратно-программных требованиях пользователя. Так как встраиваемая система Windows XP Embedded базируется на том же двоичном коде, что и Microsoft Windows XP Professional, компоненты XP Embedded в точности соответствуют аналогичным компонентам в Windows XP Professional.

Для того чтобы достигнуть высокой степени модульности, Microsoft разделила Windows XP Embedded на чётко определённые единицы функциональности, называемые компонентами (свыше 10 000 единиц). Компонента может описывать простую возможность, такую как Notepad.exe, или более сложную, например, Internet Explorer. Каждая компонента включает данные, которые позволяют пользователю объединять её с другими компонентами с целью построения конкретного исполняемого образа ОС в соответствии с требованиями сценария работы встраиваемой системы. Все компоненты включены в Component Database (база данных компонент). Эта база данных позволяет строить различные сценарии, такие как бездисковая загрузка, загрузка с CD или из флэш-памяти.

Windows Embedded Studio позволяет определять дополнительные компоненты, которые описывают прикладное ПО пользователя и расширяющие возможности конкретного образа ОС. Кроме того, пользователь может добавить в качестве компонент драйверы устройств и приложений третьих фирмы.

Windows Embedded Studio содержит следующие средства:

  • Target Analyzer. Используется для исследования целевой платформы и автоматизирует сбор данных по аппаратным средствам на конкретном устройстве. Полученные в результате данные можно затем импортировать в Target Designer, который автоматически выберет необходимые компоненты в Component Database для поддержки конкретных аппаратных устройств.
  • Target Designer. Используется для быстрой разработки, настройки и построения образа встраиваемой системы. Пользователь формирует образ системы, используя конфигурацию, которая определяет точное содержание ОС. Процесс построения не компилирует исходные файлы, а создает структуру каталогов в указанном месте и копирует туда двоичные файлы, необходимые для построения образа ОС. Кроме того, процесс построения создаёт реестр и другие дополнительные файлы, требуемые операционной системой, такие как Boot.ini. Содержимое структуры каталогов может быть перенесено на целевое устройство, с которого затем может быть загружен образ ОС.
  • Target Designer

  • Component Designer. Обеспечивает среду, в которой пользователь может определить новые собственные компоненты, необходимые в конкретном варианте встраиваемой операционной системы, и сохранить их в формате .sld.
  • Component Designer

  • Component Database. Обеспечивает хранение информации о компонентах во время разработки встраиваемой операционной системы. Component Database содержит определения для каждой платформы, каждой компоненты и любые сопутствующие данные. Он реализован как база данных Microsoft SQL Server Desktop Engine (MSDE) и может находиться как на локальном компьютере, так и на корпоративном сервере. Информация из Component Database доступна из Target Designer и Component Designer.
  • Component Database Manager. Используется для управления данными в Component Database, например для включения (импорта) новой компоненты.

Footprint Estimator

Footprint Estimator входит в состав Target Designer и позволяет оценить размер индивидуальных компонент и их зависимостей. Это позволяет разработчику не тратить время на создание явно ошибочных конфигураций. Footprint Estimator показывает следующую информацию: имя выбранной компоненты, общее число компонент (включая потенциальные зависимости), добавляемый данной компонентой размер и общий размер конфигурации.

Footprint Estimator

Средства поддержки тиражирования исполняемых образов

  • System Cloning Tool. Средство тиражирования готового изделия, которое гарантирует, что каждое устройство имеет исполняемый образ с уникальным идентификатором безопасности и именем компьютера (security ID - SID).
  • SDI (Storage Device Image). SDI позволяет манипулировать исполняемыми образами. Пользователь может создавать виртуальные устройства, которые могут использоваться для хранения исполняемых образов. SDI имитирует среду хранения с помощью файла образа диска (storage disk image - .sdi), который размещается на существующей файловой системе. Среда хранения может быть в режиме online или offline. В online-режиме среда хранения появляется как новое вставленное устройство, которое пользователь может разбивать на части и форматировать, а затем сохранять на нём исполняемый образ. В offline-режиме среда хранения появляется как извлечённое (ejected) устройство, и пользователь может только скопировать файл образа в другое место.
  • El Torito. Windows XP Embedded включает компоненту El Torito, которая реализует одноименную спецификацию, обеспечивающую стандарт записи CD-ROM в виде образа жёсткого диска или флоппи-диска, так что CD-ROM можно использовать в качестве загрузочного устройства.
  • PXE (Pre-boot Execution Environment). Реализует сервис удалённой загрузки, позволяя по сети работать c устройством как c загрузочным устройством. Это обеспечивает возможность конфигурировать клиента удалённо, без необходимости иметь устройство хранения.

Средства разработки приложений

Visual Studio .Net. Разработка приложений для Windows XP Embedded может выполняться в хорошо знакомой среде Visual Studio. Windows XP Embedded включает полную версию Microsoft .Net Framework, позволяющую строить и выполнять современные приложения и Web-сервисы на встраиваемом устройстве.

Обзор процесса разработки

Чтобы создать исполняемый образ, который можно "развернуть" на целевом устройстве, пользователю необходимо пройти следующие этапы:

  1. Идентифицировать аппаратные средства на целевом устройстве вручную в Target Designer или с помощью Target Analyzer.
  2. Выбрать средства и функциональные возможности, требуемые в исполняемом образе. Например определить тип файловой системы (FAT или NTFS) или наличие в образе поддержки Windows Media Player или Internet Explorer.
  3. Идентифицировать системно-зависимые свойства встраиваемой системы (например, некоторые встраиваемые устройства не имеют дисплей или не разрешают запись на жёсткий диск) с помощью Target Designer.
  4. Построить исполняемый образ с помощью Target Designer. Исполняемый образ включает все ресурсы, связанные с выбранными компонентами, включая установки в реестре и файлы из базы данных. Образ размещается на устройстве записи, которое указал пользователь и которое затем может быть установлено в целевом устройстве перед загрузкой этого устройства.
  5. Тиражирование исполняемого образа на целевом устройстве. Построенный исполняемый образ может быть тиражирован разными способами (в том числе по сети) на различные носители, включая CD-ROM, Compact Flash, ROM или бездисковые системы. Тиражирование на различные типы носителей иногда требует дополнительных компонент или конфигураций. Пользователь может тиражировать образ в следующих случаях: 
    – во время разработки с целью тестирования различных конфигураций; 
    – во время производства готового изделия на заводе-изготовителе; 
    – в процессе сопровождения, например для установки более новой версии.



Системные требования к целевым платформам

Устройства, базирующиеся на использовании Windows XP Embedded, должны удовлетворять тем же самым требованиям, что и устройства на базе стандартной версии Windows XP Professional. При разработке конкретной целевой системы очень важно использовать качественные аппаратные средства и корректно написанные драйверы, особенно учитывая тот факт, что встраиваемая система может не включать многие компоненты настольного ПК. В следующей таблице показаны минимальные требования к целевой системе для поддержки Windows XP Embedded и базовой функциональности Plug and Play.

Компонента

Требования

PCI устройства

PCI версии 2.0 или выше.

BIOS

Поддержка ACPI 1.0 (рекомендуется) или Plug and Play BIOS версия 1.0b. Если ACPI поддерживается, то поддержка Plug and Play BIOS является дополнительной.



РЕКОМЕНДУЕМОЕ СОВМЕСТИМОЕ ПО:

  • RTX