Обзор 3 известных ОСРВ. // на основе сообщений пользователей
FreeRTOS
Одна из самых популярных ОСРВ на сегодняшний день. Портирована на огромное количество железа. Плюсы1) Бесплатная 2) Портирована на большое количество железа 3) Мощный функционал 4) Есть различные библиотеки: графика, интернет и другое. 5) Хорошая документация. Минусы1)Довольно-таки сложный процесс портирования на новое железо.
Вывод: Это действительно профессиональная ОСРВ с хорошей документацией. Будет хороша для новичка, если на его железо уже есть порт.
KeilRTXДо последнего времени эта ОСРВ была коммерческой, но недавно стала открытой. Работает только на архитектуре arm(Advanced RISC Machine). Плюсы1)Бесплатная 2)Легко портируется на новое железо( в пределах архитектуры arm).В 2007 году около 98 % из более чем миллиарда мобильных телефонов, продаваемых ежегодно, были оснащены по крайней мере одним процессором ARM. По состоянию на 2009 на процессоры ARM приходилось до 90 % всех встроенных 32-разрядных процессоров.
3) Есть различные библиотеки: графика, интернет и другое.
Минусы 1) урезанный функционал 3) Поддерживается только arm. 4) Проигрывает многим ОСРВ по скорости.
Вывод: идеально подойдет для новичка и мелких проектов.
uc/osМощная коммерческая ОСРВ. Плюсы1) Огромное количество функций и библиотек.2) Поддерживает много железаМинусы1)Коммерческая.2) Сложна в использовании.
Вывод: назвать ее ОСРВ для новичка можно с большой натяжкой.
Перечень коммеческих ОС
ФирмапроиводительНаменованиеОС
Аccelerated Technology — Nucleus Real Time Operating System
Axe — XTAL RTOS and Ace-TCP
Causality Ltd. — NetBSD, free operating system based on 4.4BSD
CMX Company — CMX-RTX Real-Time Multi-Tasking Operating System for Microprocessors
Cygnus Solutions — eCos Royality free ITRON based RTOS
EUROS — Euros modular hardware-independent RTOS
Quadro Systems — RTXC Real Time Operating System
embуввувOS a small and efficient real-time kernel, supports all common 8/16/32-bit CPUs
IAR PowerPac another version of the embOS RTOS above.
Enea OSE Systems — OSE Real-Time Operating Systems
ERG KK — PrKERNEL — RTOS for ARM7TDMI
Etas — ERCOS Real-Time Operating System
Express Logic — ThreadX deterministic real-time operating system
FirmWorks — Open Firmware
Gaio Technology — G-OS, RTOS µITRON ver.3.0 based
Green Hills Software — ThreadX — A royalty-free, technically advanced, multi-tasking RTOS
HyperPanel — The HyperPanel OS is a streamlined, object oriented operating system that can process applications in a deterministic fashion
Integrated Systems — pSOSystem real-time Software Development Environment
JMI Software Systems —Executive real-time kernel
Kadak products Ltd — AMX RTOS supports ARM family of processor
Linux — Linux for ARM based machines. Vita Nuova — Inferno, a small operating system for embedded systems
µC/OS — Port of µC/OS-II Real Time Kernel to ARM processors
Mentor Graphics — Nucleus RTOS
Microsoft— Windows CE
Microtec — VRTX — Real-Time Operating System
Microware — OS-9 RTOS and Ariel Royalty-Free, Full-Source RTOS
Motorola — FLEX OS is an open software operating environment for the wireless industry, which includes a client/server OS, development tools and applications.
Nexus Electronics Ltd — ConiX embedded OS
Pegasus — Nemesis operating system runs on StrongARM SA-110 based network computers
RISCOS Ltd — RISC OS Operating System for Network Computer and Multimedia applications
ChorusOS — Originally developed by Sun Microsystems, now open source.
Symbian — EPOC32 Object orientated multitasking Operating System for handheld computing and other low cost ROM based applications US Software — MultiTask, Real Time Operating System µITRON based
Wind River Systems — VxWorks and IxWorks RTOS
Промышленные сети.
В любой модели взаимодействия можно выделить устройство, которое управляет другим (подчиненным) устройством. Устройство, проявившее инициативу в обмене, называют ведущим, главным или мастером (Master). Устройство, которое отвечает на запросы мастера, называют ведомым, подчиненным или слейвом (Slave). Ведомое устройство никогда не начинает коммуникацию первым. Оно ждет запроса от ведущего и только отвечает на запросы. Например, в модели клиент-сервер клиент является мастером, сервер - подчиненным. В модели издатель-подписчик на этапе подписки мастером является клиент, а на этапе рассылки публикаций - сервер.
В сети может быть одно или несколько ведущих устройств. Такие сети называется, соответственно, одномастерными или многомастерными. В многомастерной сети возникает проблема разрешения конфликтов между устройствами, пытающимися одновременно получить доступ к среде передачи информации. Конфликты могут быть разрешены методом передачи маркера, как, например, в сети Profibus, методом побитного сравнения идентификатора (используется в CAN), методом прослушивания сети (используется в Ethernet) и методом предотвращения коллизий (используется в беспроводных сетях).
Сеть Profibus (как и другие описанные здесь промышленные сети, кроме IndustrialEthernet) использует только первый и второй уровни модели OSI. Один из вариантов сети, ProfibusFMS, использует также уровень 7.
В сети могут использоваться устройства трех типов:DP мастер класса 1 (DPM1) - центральный контроллер, который циклически обменивается информацией с ведомыми устройствами с заранее определенным периодом;DP мастер класса 2 (DPM2) - устройство, предназначенное для конфигурирования системы, наладки, обслуживания или диагностики;ведомое устройство - устройство, которое выполняет сбор информации или выдачу ее исполнительным устройствам.
| Табл. 2.10.Profibus в соответствии с моделью OSI | ||||
| № | Название уровня | Profibus DP | Profibus FMS | Profibus PA |
| Прикладной | Нет | Fieldbus Message Specification (FMS) | Нет | |
| Представления | Нет | |||
| Сеансовый | ||||
| Транспортный | ||||
| Сетевой | ||||
| Канальный (передачи данных) | FDL | FDL | IEC 1158-2 | |
| Физический | RS-485, оптоволоконный интерфейс | RS-485, оптоволоконный интерфейс | Интерфейс IEC 1158-2 |
Profibus имеет три модификации: Profibus DP, Profibus FMS и Profibus PA [Profibus].
ProfibusDP (ProfibusforDecentralizedPeripherals - "Profibus для децентрализованной периферии") использует уровни 1 и 2 модели OSI, а также пользовательский интерфейс, который в модель OSI не входит. Непосредственный доступ из пользовательского приложения к канальному уровню осуществляется с помощью DDLM (DirectDataLinkMapper - "прямой преобразователь для канального уровня"). Пользовательский интерфейс обеспечивает функции, необходимые для связи с устройствами ввода-вывода и контроллерами. ProfibusDP в отличие от FMS и PA построен таким образом, чтобы обеспечить наиболее быстрый обмен данными с устройствами, подключенными к сети.
ProfibusFMS (Profibus с FMS протоколом) использует уровень 7 модели OSI и применяется для обмена данными с контроллерами и компьютерами на регистровом уровне. ProfibusFMS предоставляет большую гибкость при передаче больших объемов данных, но проигрывает протоколу DP в популярности вследствие своей сложности.
ProfibusFMS и DP используют один и тот же физический уровень, основанный на интерфейсе RS-485 и могут работать в общей сети.
ProfibusPA (ProfibusforProcessAutomation - "для автоматизации технологических процессов") использует физический уровень на основе стандарта IEC 1158-2, который обеспечивает питание сетевых устройств через шину и не совместим с RS-485. Особенностью ProfibusPA является возможность работы во взрывоопасной зоне.
В последние годы появился стандарт PROFInet, который основан на IndustrialEthernet и технологиях COM, DCOM (см. главу "Программное обеспечение"). Он легко обеспечивает связь промышленной сети Profibus с офисной сетью Ethernet.
Profibus является многомастерной сетью (с несколькими ведущими устройствами). В качестве ведомых устройств выступают обычно устройства ввода-вывода, клапаны, измерительные преобразователи. Они не могут самостоятельно получить доступ к шине и только отвечают на запросы ведущего устройства.
На физическом уровне ProfibusDP и FMS используют стандарт RS-485 при скорости передачи до 12 Мбит/с и с размерами сегментов сети до 32 устройств. Количество устройств можно увеличить с помощью повторителей интерфейса.
Особые требования установлены к сетевому кабелю. Он должен иметь волновое сопротивление от 135 до 165 Ом при погонной емкости не более 35 пФ/м, площадь поперечного сечения проводников более 0,34 кв. мм. и погонное сопротивление не более 110 Ом/км. Кабель должен иметь одну или две витые пары с медным экраном в виде оплетки или фольги.
Стандартом для шины Profibus рекомендуется разъем D-sub (DB-9) с 9-ю контактами, цоколевка разъема приведена в табл. 2.11. На устройствах устанавливается разъем с гнездами, на кабеле - со штырьками. При необходимости иметь степень защиты IP65/67 рекомендуется использовать цилиндрический разъем типа M12 (IEC 947-5-2), HAN-BRID или гибридный разъем фирмы Siemens [Profibus].
С обеих сторон линии передачи подключаются согласующие резисторы, которые конструктивно установлены во все сетевые разъемы и подключаются с помощью микропереключателей. При скоростях передачи более 1,5 Мбит/с для согласования линии дополнительно используются плоские (печатные) катушки индуктивности.
Для увеличения дальности передачи в Profibus предусмотрена возможность работы с оптоволоконным кабелем. При использовании стеклянного оптоволокна дальность связи может быть увеличена до 15 км. Оптоволоконные интерфейсы выполняются в виде сменных модулей для контроллеров.
ProfibusPA использует физический уровень, соответствующий стандарту IEC 1158-2. Данные передаются с помощью уровней тока +9 мА и -9 мА ("токовая петля").
Канальный уровень модели OSI в Profibus называется FDL- уровнем (FieldbusDataLink - "промышленный канал связи"). Объект MAC (MediumAccessControl - "управление доступом к каналу") на канальном уровне определяет процедуру передачи данных устройствами, включая управление правами на передачу данных через сеть. Протокол канального уровня обеспечивает выполнение следующих важных требований:
- в процессе коммуникации между ведущими устройствами необходимо обеспечить выполнение каждым из них своей задачи в течение заранее определенного интервала времени;
- взаимодействие ведущих устройств (контроллеров) с ведомыми должно происходить максимально быстро.
В сети Profibus для доступа ведущих устройств к сети используется метод передачи маркера рис. 2.23. В этом методе сеть имеет логическую топологию кольца (т. е. кольца на уровне адресов устройств) и каждое ведущее устройство получает доступ к сети только при получении маркера. Маркер выполняет роль арбитра, который предоставляет устройству право доступа. По истечении определенного времени это устройство должно передать маркер следующему ведущему устройству, которое получает доступ также на время, пока маркер находится у него. Таким образом, каждому ведущему устройству выделяется точно заданный интервал времени. Этот интервал может быть установлен при конфигурировании системы.
 |
| Рис. 2.23. Принцип работы многомастерной сети |
Каждому мастеру в сети назначаются свои ведомые устройства (рис. 2.23) В методе "ведущий/ведомый" процедуру коммуникации с ведомыми устройствами выполняет мастер, который обладает маркером. На время обладания маркером мастер становится ведущим также по отношению к другим мастерам, т.е. может выполнять с ними коммуникацию типа "мастер-мастер".
К одной сети могут быть подсоединены до 128 устройств (но не более 32-х в одном сегменте). Спецификация для конфигурирования системы включает количество узлов сети, распределение адресов устройств, формат диагностических сообщений, параметры шины.Коммуникационный профиль DP позволяет сконфигурировать как одномастерную, так и многомастерную сеть. В одномастерной сети ведущее устройство (мастер) может посылать запросы и получать ответы только от ведомых устройств.
В многомастерной сети имеется несколько ведущих устройств, которые имеют свои одномастерные подсети и в пределах подсети являются устройствами (контроллерами) класса DPM1. Ведущие устройства в многомастерной сети могут быть также устройствами класса DPM2. Входные и выходные данные подчиненных устройств могут быть прочитаны любым мастером сети. Однако записывать данные в устройства может только один мастер, который при конфигурировании системы был обозначен как DPM1.
Ведущий контроллер (DPM1) может находиться в одном из трех состояний: Stop - когда не происходит обмена данными; Clear - когда DPM1 может считывать данные, но не может записывать их и выходы всех устройств переводятся в безопасные состояния; Operate - обычное рабочее состояние.
Если в системе появляется сообщение об ошибке, то DPM1 устанавливает выходы всех устройств вывода в безопасное состояние, а сам переходит в состояние "Clear". Безопасным считается такое состояние, при котором исполнительные устройства находятся в безопасном (для человека или системы) состоянии. Такое состояние самоконтроля системы может быть установлено или нет при ее конфигурировании. При отключенном состоянии самоконтроля система продолжает работать несмотря на появление ошибок.
Современные модули ввода-вывода являются интеллектуальными устройствами и выполняют многие функции, которые ранее выполнялись только контроллерами. Однако, чтобы выполнить эти функции, устройства требуют сложной настройки при инсталляции системы, при обслуживании и параметризации. Поэтому необходимо иметь точное и полное описание сведений об устройствах, таких как тип выполняемых функций, количество входов/выходов, диапазон изменения переменных, единицы измерения, значения по умолчанию, идентифицирующие параметры устройства и т. д.
Profibus предлагает несколько методов и средств для описания устройств, которые обеспечивают унификацию описания. По историческим причинам в промышленной автоматизации используется в основном формат GSD (GeneralStationData - "общие данные об устройстве"). Описание устройств в этом формате создается их изготовителем и поставляется вместе с устройством.
Характеристики устройства описываются с помощью языка описания электронных устройств ElectronicDeviceDescriptionLanguage (EDDL) и поставляются в виде текстового файла EDD (ElectronicDeviceDescription - "описание электронного устройства"). Интерпретатор этого описания очень хорошо апробирован для приложений средней сложности. Для сложных приложений Profibus предлагает другой программный компонент - DeviceTypeManager (DTM).
Текстовый файл GSD содержит как общую, так и специфичную для конкретного устройства информацию. С помощью ключевых слов средство конфигурирования может прочесть идентификационные записи, настраиваемые параметры, типы данных, допустимые значения параметров. Некоторые из ключевых слов обязательны (по стандарту), например, имя изготовителя, другие являются опционными. GSD файл загружается в средство конфигурирования системы "Profibus Configurator" и используется при ее инсталляции.
Заключение Наиболее простым и наиболее распространенным в мире и России сетевым протоколом является Modbus, популярность которого объясняется простотой как для разработчиков, так и потребителей, а также низкой стоимостью реализации.
Наиболее продуманным, универсальным и многообещающим протоколом является CAN, однако высокая стоимость и сложность мешают его быстрому распространению.
Очень эффективным и широко применяемым протоколом является Profibus, однако его распространенность объясняется, в первую очередь, мощным брендом "Siemens".
Широкую популярность в России имеет частнофирменный протокол DCON, что связано, в первую очередь, с низкой ценой на продукцию из Юго-Восточной Азии, а также с предельной простой протокола.
Беспроводные сети, несмотря на свою привлекательность, имеют очень большое количество трудноразрешимых проблем, поэтому их применение в промышленной автоматизации должно основываться на детальном анализе задачи и тщательной оценке всех преимуществ и недостатков беспроводных сетей для конкретного применения.